差壓式質(zhì)量流量計(jì)工作原理

通常利用泊肅葉定律來(lái)進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償層流(ICL)計(jì)算，首先要有一個(gè)特殊的管路通道，我們稱(chēng)之為層流元件(LFE)，LFE將迫使氣體分子沿著管道平行通過(guò)，幾乎消除湍流后在層流區(qū)內(nèi)測(cè)量?jī)啥说膲毫Σ?。根?jù)泊肅葉定律，流量與壓差的關(guān)系如下：
Q = (P1 – P2)π r4 / 8ηL
Q = 體積流量
P1 = 入口靜壓
P2 = 出口靜壓
r = 管道半徑
η = 流體絕對(duì)粘度
L = 管道長(zhǎng)度
由于π、 r 和 L都是常數(shù)，則上述公式可被簡(jiǎn)化為：
Q = K(Δ P/η)
在這個(gè)公式中，K是由管道幾何形狀決定的常數(shù)，因此得出一個(gè)較簡(jiǎn)易的體積流量、壓力差與絕對(duì)粘度之間的線(xiàn)性關(guān)系。
氣體溫度變化會(huì)影響其粘度，因此需要測(cè)量溫度來(lái)決定η，絕大多數(shù)壓差式設(shè)備都是通過(guò)人工查表(已知溫度下的氣體粘度表)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一步驟，而采用內(nèi)部補(bǔ)償層流的流量計(jì)&流量控制器則是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器和一個(gè)微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在我們只是知道了體積流量，對(duì)于采用內(nèi)部補(bǔ)償測(cè)量層流原理的設(shè)備，還需要進(jìn)行額外的測(cè)量來(lái)求的氣體質(zhì)量流量，質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系如下：
質(zhì)量 = 體積 × 密度修正系數(shù)
根據(jù)理想氣體定律，氣體密度受其溫度和絕對(duì)壓力影響。密度與溫度的關(guān)系如下：
ρa / ρs = Ts / Ta
ρa = 實(shí)際氣體密度
Ta = 實(shí)際絕對(duì)溫度
ρs = 標(biāo)準(zhǔn)工況下氣體密度
Ts = 標(biāo)準(zhǔn)工況下絕對(duì)溫度
°K = °C +273.15
密度與絕對(duì)壓力的關(guān)系如下：
ρa / ρs = Pa / Ps
ρa = 實(shí)際氣體密度
Pa = 實(shí)際絕對(duì)壓力
ρs = 標(biāo)準(zhǔn)工況下氣體密度
Ps = 標(biāo)準(zhǔn)工況下絕對(duì)壓力
由此可見(jiàn)，要求得質(zhì)量流量，必須考慮兩個(gè)修正因素：溫度對(duì)密度的影響和絕壓對(duì)密度的影響，可用下面公式表示：
M = Q(Ts / Ta)( Pa / Ps)
內(nèi)部補(bǔ)償層流設(shè)備中，其層流區(qū)內(nèi)還有一獨(dú)立的絕壓傳感器，該絕壓信號(hào)與絕對(duì)溫度信號(hào)都將被傳送至微處理器，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出質(zhì)量流量。
以上計(jì)算需要參考標(biāo)準(zhǔn)工況(STP)下的溫度值Ts和壓力值Ps。標(biāo)準(zhǔn)工況(STP)通常是指位于海平面上，但沒(méi)有單一標(biāo)準(zhǔn)，比如常用的標(biāo)準(zhǔn)工況有下面幾種：
0 °C、14.696 PSIA
25 °C、14.696 PSIA
0 °C、760 mmHG
值得注意的是，質(zhì)量的單位通常為克、千克等，而質(zhì)量流量的單位則是SLPM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升) 、SCCM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升)或SCFH(每小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)。只要知道設(shè)備標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)工況及被測(cè)氣體在標(biāo)準(zhǔn)工況下的密度，便可計(jì)算得出同過(guò)的氣體流量為每分鐘多少克或是每小時(shí)多少千克。舉個(gè)例子：
已知：
氣體 = 氦氣
M = 250 SCCM
STP = 25 °C、14.696 PSIA
氣體密度 = 0.166 g/L
實(shí)際質(zhì)量流量 = M × STP氣體密度
實(shí)際質(zhì)量流量 = 250 SCCM × (1L / 1000cm3) × 0.166 g/L
實(shí)際質(zhì)量流量 = 0.0409 g/min (氦氣)