负压工况对流量测量有何影响?

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Alicat-U一位用户向我们反映他的质量流量计在二分之一大气压下测得的流量不准确。这是怎么回事呢?由于体积流量变化的关系,在低于大气压的环境下测量质量流量确实具有一定挑战性。下面我们就来探究下负压状态下会发生什么,以及如何选择合适量程范围的质量或体积流量计。

压力对静态气体质量与体积流量的影响

压力是指作用于物体表面的力。根据理想气体定律PV=nRT,气体的体积(V)随压力(P)增大而减小。因为气体是可压缩的,当压力增大时,气体分子间的间距会缩小;反之则分子间距变大,从而气体体积增大。但无论如何,其中所包含的空气分子数(即摩尔质量)是恒定不变的。

想像一下,在标准大气压(1 atm≈14.696 psia)25°C时往一个有韧性非弹性的容器(比如:聚酯薄膜气球)内充入500 cm3空气。若增大压力至2 atm时,空气分子间的间距会缩小,体积将被压缩至250cm3;若减小压力至0.5 atm,空气体积将膨胀至1000 cm3;若继续减小压力至0.25 atm,体积则将增大至2000 cm3;在整个过程中,空气本身的量并无增加或减少,容器内空气的摩尔质量亦保持500 scm3恒定不变。

 

管道压力对动态气体的影响

当空气进入运动状态,其体积随着压力而不断变化着,就如上文提到的压力翻倍时体积流量减半,压力减小时体积流量增大,但流动着的空气分子的数量(即质量流量)却始终不变。

不同大气压下气体体积流量不同

选择适当量程范围的质量流量计用于负压应用

压差式质量流量计内已为可能会流经的最大的体积流量预设通路,当流量计用于负压应用时,须加大该通路以保证扩张的体积流量顺利通过。

以一台满量程为500 sccm (scm3)的艾里卡特质量流量计(型号M-500SCCM-D)为例,若在两倍大气压下流过质量流量为500 sccm的气体,其体积流量仅为250 ccm,缩小的体积流量并不会对流量的测量产生任何影响,因为该流量计实际上可处理两倍于该数值的流量。

若二分之一大气压下气体的质量流量为500 sccm,那么体积流量将翻倍至1000 ccm,这时采用满量程为500 sccm的质量流量计就太小了,须选择1000 sccm (型号M-1SLPM-D)。为确保质量流量仍具有最佳的测量分辨率,我们会将设备体积流量标定至1000 ccm、而质量流量标定至500 sccm。以此类推,四分之一大气压下须采用四倍于目标量程的质量流量计,即:M-2SLPM-D,并将设备的质量流量标定至500 sccm、体积流量至2000 ccm。

一般来说,艾里卡特质量流量计用于不低于0.8个大气压(即11.5 psia)的工况时无需进行量程扩容;最大可扩容至5倍量程用于0.2个大气压(即2.9 psia)的工况下。

选择适当量程范围的质量流量控制器用于真空及负压应用

不同于质量流量计,压差式质量流量控制器用于负压应用时无需进行量程扩容,只须将比例控制阀后置即可,从而形成音速屏障以避免流量传感器遭受气体体积扩张带来的冲击。从下面的图形示例中可以看到,质量流量控制器内部的测量端子与大气相通(1个大气压),气体进入负压(四分之一大气压)工况并于通过阀门后才发生体积膨胀,如上文所述,工况从1个大气压变化至四分之一大气压时,气体的质量流量维持恒定不变。

不同大气压下的气体体积流量不同

如您有关于负压或真空应用方面的疑问,欢迎联系我们

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质量流量计:坚固性 vs. 耐用性

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艾里卡特质量流量计到底有多坚固?多耐用?坚固与耐用,这两者意义等同吗?
上周,当我们打算录制一个质量流量计在4米高处的抛落试验时,我们也这样问自己。
下面就来看下整个试验过程:

艾里卡特质量流量计抛落试验视频中,一台1SLPM便携式质量流量计分别从1米、2米、3米、4米和5米高度被抛向水泥地面,并于每次着地后用设定值同为1SLPM的质量流量控制器检验其精度。之所以用便携式流量计来试验是因为现场使用时手持型设备往往最容易因不小心而掉落,初始试验高度定为1米也是因为这是通常的手持高度,之后逐渐每次将试验高度抬高1米直至4米高的竖杆顶部,由于此时该便携式流量计仍能正常工作,我们随即继续挑战,将其从5米高处往下仍,结果读数为0.994SLPM —— 仅0.6%误差。

还是同一个问题:这个试验证明了坚固性还是耐用性?毫无疑问这两者是相互关联的,但却有着细微的差别。在材料学研究中,坚固的反义词不是柔软,而是脆弱,坚 固性强的物体承受一定冲击力时只会暂时变形而不至于爆裂。当我们将流量计往水泥地上扔时,其内部组件吸收了大部分冲击力,以至于在连续五次抛落后其精度仍 在标定范围内,充分证明了该设备的结构足够坚固。

那么这个试验是否也证明了设备的耐用性呢?耐用这个词起源于持续地忍耐,是描述事物随时间推移的承受能力。您可能也看过艾里卡特抗振动测试视频,该试验即证明了艾里卡特层流压差式流量测量的稳定性和重复性,即便在钢板上反复冲击,读数误差也始终保持在0.5%以内,其实也就是设备耐用性测试,因为它很好地证明了随着时间推移,设备在承受持续冲击后性能始终如一。

坚固性与耐用性对艾里卡特流量计而言是息息相关的,但也不总是如此。一台可承受巨大冲击力的仪器,其内部组件可能因长期使用而耗损;反之,一台使用多年、性能始终如一的设备也可能因为一不小心从极端高度掉落后瞬间损坏。在许多工业应用中,流量设备必须同时兼有坚固性与耐用性。

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如何控制密闭系统中的压力?

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艾里卡特PCD系列双阀压力控制器当今竞争激烈的压力控制器市场上一枝独秀。PCD主要针对密闭容器内的压力控制应用而设计,可实现高效的压力控制,避免了因通过排气阀持续排气造成的昂贵气体的浪费。

以下视频将为您介绍PCD的高效工作原理!

密闭系统中的单阀压力控制器

当向单阀压力控制器的入口供气时,比例控制阀可发挥调节作用,确保过程中的压力保持恒定。若过程压力发生下降,比例控制阀便会开启,将压力恢复到目标值。当压力增加时,比例控制阀便会关闭,通过系统的其余组件释放多余压力。

比例控制阀可发挥调节作用,确保过程中的压力保持恒定。若过程压力发生下降,比例控制阀便会开启,将压力恢复到目标值。当压力增加时,比例控制阀便会关闭,通过系统的其余组件释放多余压力。

虽然应用中的问题得到了解决,但同时也产生了新的成本问题:气体非常昂贵。不断排放昂贵的气体(如:氮气)造成了资源和成本的浪费。通过视频中的流量累计可以看出仅仅一个小排气孔的排气速度是多么快。

PCD系列双阀压力控制器

艾里卡特PCD双阀门压力控制器在出口处设置了第二个比例控制阀,用于释放多余的压力。测试结果表明,PCD可通过与密闭容器连接的中央过程端口使压力保持稳定。该阀门仅在需要时才打开,几乎不会浪费气体。

若系统压力过大,出口阀门便会打开,使压力恢复到所选设定值。该过程的速度可达1000次/秒,在保持密闭容器压力恒定的过程中浪费的气体量微乎其微。因此,将PCD用于密闭容器应用能够帮助您节能大量成本。

订购PCD

艾里卡特在生产PCD的过程中,有一系列进气阀和出气阀供选择。确定合适的阀门尺寸主要参考以下三个参数:

  1. 进气口压力(P1):进气压力越低,一般进气阀的开口也就越大。
  2. 排气口压力 (P2): 用户通常将气体排入大气或真空。一般而言,排入真空比排到大气产生的排气流量更大。
  3. 目标容器的体积 (Vol.):我们对受验密闭过程的体积也有要求会要求用户告知目标密闭系统的体积,因为体积越大,需要填充和排放的流量也就越大。必须考虑用户是否能够迅速地充气与排气。

您只需提供上述三个参数,艾里卡特工程师即可为您选择恰当的阀门,稳定控制压力的同时,高效地对密闭系统进行充气与排气。

若用户需要在较低压力下实现密闭系统的高流量进气/排气,我们可为您推荐PCRD系列。该系列采用与大流量质量流量控制器相同的Rolamite阀门。

参见下列双阀压力控制器的应用案例:

 

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集成式电位计控制怎么用?

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有用户问我们:“集成式电位计控制到底有什么功能、怎么用?” 趁万圣节来临之际,我们就借助南瓜灯来为大家演示下艾里卡特质量流量控制器的经典应用燃烧控制

 

 

艾里卡特南瓜灯诞生过程

要回答这个问题”集成式电位计控制怎么用?”,就必须简单、清晰地演示整个使用过程。一位同事突发奇想:拍个燃烧控制应用的视频怎么样?通过集成式电位计控制增大或减小气体的流量来控制火焰的明暗。既然过几天就是万圣节,不如就利用下南瓜吧,于是,艾里卡特南瓜灯就这样诞生了!

 

 

我们花了整个周末才在南瓜上雕刻出了艾里卡特logo,并用根小蜡烛试验了下。哈哈!成功了!接下来要做的就是通过选配集成式电位计控制旋钮的质量流量控制器来控制燃烧火焰。我们淘了个只有6.35厘米高的生喷灯,还配了个装有丙烷的迷你气罐。我们将一台MC系列质量流量控制器置于丙烷气源与燃烧器之间,从而进行精密的流量控制,该质量流量控制器的满量程为500 sccm,并选配了集成式电位计控制及背光彩色显示屏 —— 夜间显示的完美选择!

中午时分,南瓜灯已初见雏形,但我们发现一个问题:丙烷的燃烧火焰是蓝色的,左侧的示图中您可以看到南瓜灯里的蓝色火焰。不过我们很快想到了解决办法:装个野营用的灯头。我们先用小灯头试了下,果然出现了漂亮的黄色火焰!接着换了根较长的灯头,并将灯头固定在南瓜顶部,立即出现了令人乍舌的亮度。

夜幕降临时,艾里卡特内部开始熙熙攘攘起来,大家都蠢蠢欲动,因为到时间拍摄大片啦!我们选择在落日将山脉照耀成粉紫色的时刻拍摄,整个拍摄过程一蹴而就!当燃烧气体从空气被切换到丙烷的那一刻,我们看到了无与伦比炫彩夺目的火焰!当流量设定值被调至该台质量流量控制器的满量程500 sccm 时,南瓜灯内气体发出的滋滋响声是那么的悦耳动听!

 

艾里卡特南瓜灯演示了用集成式电位计控制调节质量流量控制器的设定值的操作是如此简单,调节质量流量控制器或压力控制器的设定值就像调节车载音响的音量那么简单!

祝大家万圣节快乐!

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