亚大气压如何影响流量?

Alicat U mass flow and pressure application training客户的质量流量计在半大气压下测量不准确。到底发生了什么事?在亚大气压下测量质量流是很有挑战性的,因为它会改变体积流量。在这篇文章中,我们研究了在这些条件下到底发生了什么,以及如何确保您的质量或体积流量计的大小适合您的应用程序。

压力对静态气体的质量和体积的影响

压力是对施加在表面上的力的量度。根据理想气体定律(PV=nRT),随着压强(P)的增大,气体所占空间体积(V)减小。这是因为气体是可压缩的,随着压力的增加,它们的分子会相互靠近。如果压强减小,分子就会进一步分离,占据更大的体积。然而,在每种情况下,空气分子的数量在体积(n,摩尔质量)保持不变。

Air at 2 atm Mass: 500 scm3 Volume: 250 cm3

2 atm空气
质量:500 scm3
体积:250立方厘米

让我们想象一个弹性的,非弹性的容器,就像一个麦拉气球。我们在大气压(1大气压,约14.696 psia)和标准环境温度(25 -°C)下注入500立方厘米的空气。如果我们把压力增加一倍到2atm,空气分子就会靠近,体积压缩到250立方厘米。如果我们把原来的压力减半到0.5大气压,体积就会增加一倍,达到1000立方厘米。如果我们再把压力减半到0.25大气压,体积就增加到2000立方厘米。在每种情况下,我们既没有移除也没有添加任何空气,所以容器内空气的摩尔质量仍然是500立方厘米。

Air at 0.25 atm Mass: 500 scm3 Volume: 2000 cm3

0.25 atm空气流量
质量:500 scm3
体积:2000立方厘米

Air at 1 atm Mass: 500 scm3 Volume: 500 cm3

1 atm空气
质量:500 scm3
体积:500立方厘米

管道压力对气体运动的影响

当空气运动时,它的体积继续随着压力而变化,正如我们在上面所看到的。双倍的管道压力会使体积流量减半,而降低管道压力则会增加体积流量。然而,空气分子的数量(质量流量)并没有改变。

Pressure effects on air in motion

测量亚大气压流量计的通径

差压式质量流量计有内部的流道,这些流道的尺寸适合于通过这些流道的最高容积流量。当这些仪表用于地下应用时,为了处理增加的体积流量,它们可能需要变大。
例如,为500 sccm (scm3)建造的全尺寸Alicat质量流量计(M-500SCCM-D)。如果我们以两倍的压力(2atm)流量500sccm,则容积流量下降到250ccm。实际空气流量的减少对流量测量不构成挑战,因为流量计可以处理两倍的流量。
现在,如果我们打算在0.5 atm流量相同的500 sccm,我们知道体积流量将翻倍至1000 ccm。我们的500sccm的流量计太小了;相反,我们应该使用1000 sccm (M-1SLPM-D)的米。为了保持最大的质量流分辨率,我们将指定500 sccm(质量)和1000 ccm(容量)的自定义范围。类似地,在0.25 atm时,该仪表的流量将是预期流量(M-2SLPM-D)的四倍,范围为500 sccm和2000 ccm。
一般来说,Alicat质量流量计可以使用到0.8 atm/11.5 psia而不需要超大型。我们可以在压力低至0.2 atm/2.9 psia的情况下使用超大型流量计。

适用于真空和亚大气压力的定径流量控制器

与仪表不同,压差式气体质量流量控制器不需要在大气条件下使用过大。对于这些应用,我们将比例控制阀置于控制器的下游一侧。这形成了一个声波屏障,保护流量传感器不受气体体积膨胀的影响。在下面的例子中,流量控制器内部的测量头总是看到环境空气压力(1atm)下的流量。气体进入亚大气压(0.25 atm),只有通过阀门后才会膨胀。在前面的例子中,当气体从1个大气压过渡到0.25个大气压时,质量流量保持不变。

Pressure effects on volumetric flow for controllers

更多产品信息请查看质量流量计质量流量控制器压力控制器压力传感器

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