测量低于大气压的流量

由于体积流量和压降要求的变化，测量低于大气压的流量可能具有挑战性。考虑操作条件和设备功能至关重要，以确保流量计提供正确的读数。

在本文中，我们将讨论管道压力、流量和压降之间的关系，以确定低于大气压运行的应用的理想质量流量解决方案。

管线压力如何影响体积流量？

气体是可压缩的，气体分子的行为使用理想气体定律 (PV=nRT) 进行描述。想象一个具有固定数量的气体分子 (n) 和恒定温度 (T) 的封闭体积。压力和体积成反比，因此增加压力将导致体积减少，反之亦然。

考虑在大气压（1 atm，约 14.696 PSIA）和标准环境温度 (25°C) 下向柔性非弹性气球填充 500 SCM ^3空气。将压力加倍至 2 atm 会压缩气体，导致气球体积为 250 CM ³，而将压力降低 1/4 至 0.25 atm 会使气体膨胀，导致体积为 2000 CM ³。

1 atm 空气
质量：500 SCM ³
体积：500 CM ³

2 atm 空气
质量：500 SCM ³
体积：250 CM ³

0.25 atm 空气
质量：500 SCM ³
体积：2000 CM ³

这个概念对于流动气体来说是相同的，降低管线压力会增加体积流量。

整个流路中的管线压力并不是恒定的。由于阀门、配件和管道在流路中产生摩擦阻力而导致压力损失。这种压力损失称为压降，管路压力降低会导致压降增加。

考虑到这两点，降低管道压力会增加体积流量和压降。当气体低于大气压流动时，相关的高体积流量和压降是装置尺寸的重要考虑因素。

基于差压的质量流量计具有内部流道，其尺寸适合预计通过它们的最高体积流量。当这些仪表用于低于大气压的应用时，它们可能需要加大尺寸才能处理增加的体积流量。

想象一下，您订购了一台 Alicat 质量流量计，该流量计可在 1 个大气压下满量程流动 500 SCCM (SCM ^{3 /min) 的空气。}

2 atm：如果使用此设备在双倍压力 (2 atm) 下流动 500 SCCM 的空气，则体积流量会降低至 250 CCM。这仍然在仪表的可测量范围之内。
0.5 atm：如果空气以 0.5 atm 流动会发生什么？压力减半会使体积流量加倍，达到 1000 CCM。对于 500 SCCM 设备来说，此流速太高，因此需要流量计在满量程下流量为 1000 SCCM (1 SLPM)。为了保持最大的质量流量测量分辨率，我们将指定 500 SCCM（质量流量）和 1000 CCM（体积流量）的自定义范围。
0.25 atm：在 0.25 atm 时，仪表将按照预期质量流量的四倍构建，流量范围为 500 SCCM 和 2000 CCM (2 SLPM)。

标准 500 SCCM、1 SLPM 和 2 SLPM 仪器在 1 atm 下的满量程压降均为 1 PSID。如果您的低于大气压的系统中有足够的系统压力，可以通过流量计损失 1 PSI，则上述任何一种方法都可以发挥作用。

0.5 atm：在 0.5 atm 时，超大 1 SLPM 仪表的压降限制 1 PSID，约为可用系统压力的 14%。
0.25 atm：在 0.25 atm 下工作会变得更加严格，其中超大的 2 SLPM 仪表再次引起 1 PSID 的压降。这意味着现在损失了 27% 的可用压力，当系统压力有限时，这可能会出现问题。

Whisper 低压降质量流量计的压降比我们的标准仪表低得多，这使其成为在低于大气压下运行的应用的理想解决方案。超大 1 SLPM Whisper 流量计在 0.5 atm 和 500 SCCM 下的压降仅为 0.07 PSID，仅为可用系统压力的 1%。

标准质量流量计和 Whisper 流量计在这些条件下都具有相同的精度，但使用低压降流量计可以更大限度地减少压力损失，并为设计低于大气压的系统提供更多自由。

一般来说，艾里卡特质量流量计可以在低至 0.8 atm/11.5 PSIA 的压力下使用，而无需尺寸过大。我们可以加大流量计的尺寸，以便在低至 0.2 atm/2.9 PSIA 的压力下使用。

压降随静压降低而增加。

与流量计不同，基于差压的质量流量控制器并不总是需要尺寸过大才能在低于大气压的条件下使用。对于这些应用，我们将比例控制阀放置在控制器的下游侧。这形成了一个声屏障，保护流量传感器免受气体体积膨胀的影响。如果控制器无法配置下游阀门并且测量元件暴露在低于大气压的条件下，则可能仍然需要加大尺寸。

在下面的示例中，流量控制器内的测量头始终看到环境气压 (1 atm) 下的流量。气体进入低于大气压的状态（0.25 atm），并且只有在通过阀门后才会膨胀。与前面的示例一样，当气体从 1 atm 转变到 0.25 atm 时，质量流量保持恒定。