Was sind Massenstrom und Volumenstrom?

Was ist der Unterschied zwischen Massendurchfluss und Volumenfluss?

Der Massendurchfluss misst die Anzahl der Moleküle in einem strömenden Gas. Der Volumenstrom misst den Raum, den diese Moleküle einnehmen. Da Gase komprimierbar sind, können sich Volumenströme bei Druck- oder Temperaturänderungen wesentlich ändern.

  • Die volumetrische Strömungsrate ist ein Maß für den dreidimensionalen Raum, den das Gas einnimmt, wenn es unter den gemessenen Druck- und Temperaturbedingungen durch das Instrument strömt. Die volumetrische Durchflussrate kann auch als tatsächliche Durchflussrate bezeichnet werden.
  • Die Massenflussrate ist ein Maß für die Anzahl der Moleküle, die durch das Gerät fließen, unabhängig davon, wie viel Platz diese Moleküle einnehmen. Die Massendurchflussrate wird oft als eine standardisierte (oder normierte) volumetrische Durchflussrate ausgedrückt, die die Menge an Raum ist, die diese Moleküle belegen würden, wenn sie unter Standard-Temperatur- und Druckbedingungen (STP oder NTP) gemessen würden.

Die meisten Alicat-Gasdurchflussmessgeräte liefern Messwerte sowohl für den Massenfluss als auch für den Volumenstrom, aber die Bestimmung des zu verwendenden Maßes hängt von den Anwendungszielen ab.

Das ideale Gasgesetz

Das ideale Gasgesetz beschreibt die Beziehung zwischen Masse, Volumen, Druck und Temperatur für statische Gase:

PV = nRT

Woher:

P = Statischer Druck
V = Volumen
n = Molare Masse
R = Gaskonstante
T = Absolute Temperatur

Wenn alle anderen Faktoren konstant sind, nimmt der Gasdruck (P) um den Faktor 2 zu, das Volumen des Gases (V) nimmt um den Faktor 2 ab. Dies ist der Fall, weil die Gase komprimierbar sind und ihre Moleküle näher aneinander gedrückt werden wenn der Druck steigt. Wenn der Druck um die Hälfte abnimmt, verdoppelt sich das Volumen. Die Molmasse (n, die Anzahl der Teilchen im Volumen) bleibt unabhängig von Änderungen des statischen Drucks gleich.

Das ideale Gasgesetz: Das Gasvolumen ändert sich mit dem Druck, aber die Masse bleibt konstant.Das ideale Gasgesetz: Das Gasvolumen ändert sich mit dem Druck, aber die Masse bleibt konstant.

Man stelle sich einen flexiblen Behälter vor, der mit 500 cm³ Luft bei Atmosphärendruck (1 atm, etwa 14,696 psia) und normaler Umgebungstemperatur (25ºC) gefüllt ist. Wenn diese Bedingungen als Standardbedingungen (STP) definiert sind, kann die Masse als ein standardisiertes Volumen (scm3) ausgedrückt werden.

  • Wenn das Volumen auf 250 cm3 komprimiert wird, bewegen sich die Luftmoleküle näher zusammen und der Druck steigt auf 2 atm. Die Anzahl der Luftmoleküle (Molmasse) bleibt jedoch gleich, 500 scm³.
  • Wenn das Volumen auf 1000 cm³ gestreckt wird, wird der ursprüngliche Druck von 1 atm auf 0,5 atm halbiert. Eine Verdopplung des Volumens auf 2000 cm³ reduziert den Druck auf 0,25 atm. Auch hier bleibt die Masse gleich, 500 scm3.

In jedem der obigen Fälle wurde keine Luft aus dem Behälter entfernt oder hinzugefügt, so dass sich die Luftmasse im Behälter niemals ändert.

Durchflussraten und das ideale Gasgesetz

Wenn Luft als Gasstrom in Bewegung versetzt wird, variiert der tatsächliche Raum, den die Luft pro Zeiteinheit (Volumenstrom) aufnimmt, mit dem Druck auf die gleiche Weise wie die statische Luft. Eine Verdoppelung des Leitungsdruckes halbiert den Volumenstrom und umgekehrt. Die Anzahl der Luftmoleküle, die pro Zeiteinheit (Massenflussrate) fließen, ändert sich jedoch nicht.

Das ideale Gasgesetz in Bewegung: Der Volumenstrom ändert sich mit dem Druck, aber der Massenstrom bleibt konstant.Das ideale Gasgesetz in Bewegung: Der Volumenstrom ändert sich mit dem Druck, aber der Massenstrom bleibt konstant.

 

Wann wird die Massendurchflussrate gegen die volumetrische Durchflussrate verwendet?

Die meisten Gasdurchflussmessgeräte von Alicat liefern Messwerte sowohl für den Massenfluss als auch für den Volumenstrom, sodass Benutzer die für jede Anwendung sinnvollste Maßnahme verwenden können. Die Gasflussregler von Alicat ermöglichen eine Regelung des Massendurchsatzes oder des Volumenstroms.

  • Wählen Sie den Massenfluss, wenn der Fokus der Durchflussmessung oder -steuerung das Gas selbst ist. Die Massenflussmessung wird am besten verwendet, wenn unabhängig von den Druckbedingungen die Anzahl der Moleküle überwacht werden muss. Gasmischungsanwendungen arbeiten am besten, wenn die Regler Massendurchflussraten messen, wodurch sichergestellt wird, dass die Konzentrationen der einzelnen Gase in Bezug zueinander konstant bleiben. Transfer-Anwendungen profitieren auch von Massenflussmessungen, da die verwendete Gasmasse kritischer ist als der Raum, den die Masse füllt.
  • Wählen Sie den Volumenstrom, wenn der Schwerpunkt der Durchflussmessung oder -regelung innerhalb des Gasvolumens liegt. Die Messung des Volumenstroms wird am besten verwendet, wenn die Komponenten eines Gasstroms unter tatsächlichen Prozessbedingungen überwacht werden. Industrielle Anwendungen zur Überwachung der Hygiene und der Umgebungsluft funktionieren am besten mit volumetrischen Durchflussmessungen, da das Ziel darin besteht, die Anzahl der Partikel innerhalb des Luftvolumens unter den tatsächlich gemessenen Bedingungen zu quantifizieren.

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