Was ist ein Massendurchfluss?
Dieser Massendurchsatz ist in Wirklichkeit ein auf bestimmte Temperatur- und Druckbedingungen normierter Volumendurchsatz.
Berechnung des Massendurchflusses anhand von Momentanwerten für Temperatur und Druck
Stellen Sie sich vor, Sie lassen Argon durch ein Alicat-Massendurchflussmessgerät strömen. Die Sensoren im Durchfluss messen 23°C und 20 PSIA, und diese Werte werden auf dem Bildschirm des Geräts angezeigt. Diese Werte werden jedoch nicht direkt zur Berechnung des Massendurchsatzes verwendet.
Jedes Alicat-Gerät ist mit Gastabellen geladen, die Werte aus 3-dimensionalen Gaseigenschaftsdaten enthalten. In diesen Tabellen sind NIST-rückführbare Gas-Kompressibilitäts- und Viskositätsdaten gegen Druck und Temperatur über den gesamten nutzbaren Bereich des Massendurchflussgeräts aufgetragen. Der auf dem Bildschirm angezeigte Massendurchfluss ist der volumetrische Durchfluss des Gases wenn es bei Standardtemperatur und -druck (STP) fließen würde.
Die einfachen Schritte sind wie folgt:
- Das Gerät verwendet die tatsächliche Temperatur und den Druck des Gases, um den momentanen Volumendurchsatz zu berechnen.
- Das Gerät verwendet einen Algorithmus, um zu berechnen, wie hoch die Durchflussrate wäre, wenn das Gas 25 °C und 1 atm hätte.
- Das Gerät gibt einen standardisierten Volumendurchfluss oder Massendurchfluss aus.
STP-Bedingungen
Ob bei 23°C und 20 PSIA, oder -10°C und 56 PSIA, oder 42°C und 14 PSIA... der auf dem Bildschirm angezeigte Massendurchfluss ist immer der gleiche Wert. Alle Messungen werden unter Verwendung von STP-Bedingungen in eine standardisierte volumetrische Durchflussrate umgerechnet. Die Standard-STP-Bedingungen sind 25°C und 1 atm (14,6959 PSIA), aber dies ist einstellbar.
Um auf das obige Beispiel zurückzukommen, wird ein standardisierter Volumenstrom für Argon bei 23°C und 20 PSIA berechnet. Bei 25 °C und 1 atm hat Argon jedoch die folgenden Eigenschaften:
- Absolute Viskosität: 226,23990
- Dichte: 1,63387
- Komprimierbarkeit: 0,9993656
Unabhängig von der Temperatur oder dem Druck, bei dem Sie das Argon durchströmen, wird der auf dem Bildschirm angezeigte Wert immer so sein, als ob das Gas bei 25 °C und 1 atm strömen würde.
Einheiten des Massendurchflusses
Da es sich bei der Massendurchflussrate um eine standardisierte volumetrische Durchflussrate handelt, werden die Einheiten normalerweise als solche ausgedrückt. Beispiele sind SLPM (Standardliter pro Minute), SCCM (Standardkubikzentimeter pro Minute) und SCFH (Standardkubikfuß pro Stunde).
Dabei handelt es sich um Volumen pro Zeit, nicht um Masseneinheiten. Ein Massendurchsatz kann jedoch mit der folgenden Gleichung leicht in einen echten Massendurchsatz umgerechnet werden: Echter Massendurchfluss = (Massendurchfluss)(Gasdichte bei STP oder NTP). Alles, was Sie brauchen, ist der Massendurchfluss und die Gasdichte.
Einige Massendurchflussmessgeräte geben direkt einen echten Massendurchflussmesswert aus, z. B. Coriolis-Geräte.
Wann wird der Massendurchfluss verwendet?
Ein Massendurchfluss ist so genormt, dass Sie mit Sicherheit eine genaue Anzahl von Partikeln durch Ihr System fließen lassen können, ohne sich um Temperatur- oder Druckschwankungen sorgen zu müssen. Massendurchflussgeräte werden in der Regel für Anwendungen eingesetzt, die eine hochgenaue, präzise Messung und Steuerung bestimmter Gasmengen erfordern.
Stellen Sie sich vor, Sie müssen Argon mit genau 5 SLPM durch einen Massendurchflussregler fließen lassen. Wenn Sie mit dem Durchfluss beginnen, betragen die Temperatur und der Druck des Gases 23°C und 20 PSIA. Jemand schaltet jedoch einen Ofen in der Nähe ein und die Temperatur steigt auf 27°C. Das Gerät korrigiert die Werte immer auf STP-Bedingungen, 25°C und 1 atm, und es wird genau die richtige Menge an Partikeln durchfließen.
Viele Anwendungen profitieren von der Messung und Kontrolle des Massenflusses, so auch die Ausgasung in Bioreaktoren, Prüfung von Brennstoffzellenmembranenund Erdgasüberwachung.
Ändert sich der Massendurchsatz mit der Dichte?
Der Massendurchsatz hängt von der Dichte des durchströmenden Gases ab. Für laminare Differenzdruckgeräte ist es wichtig, die genaue Zusammensetzung des durchströmenden Gases zu kennen, damit genaue Dichtekorrekturen vorgenommen werden können.
Glücklicherweise hat Alicat Differenzdruckmesser und Differenzdruckregler sind vorgeladen mit 98+ Gase die Informationen zur Gasdichte enthalten. Ein Vorteil der Berechnung und Berichterstattung unter Standardbedingungen ist, dass es relativ einfach ist, die Korrekturfaktoren anwenden zu Ihren Durchflussdaten, wenn Sie versehentlich das falsche Gas ausgewählt haben.
Echte Massendurchflussmessungen hängen auch von der Dichte ab. Coriolis-Massendurchflussmesser und Coriolis-Massendurchflussreglerverwenden jedoch keine bekannten Gaseigenschaften zur Berechnung der Durchflussraten. Sie sind in der Lage, die Flüssigkeitsdichte selbst zu messen und die tatsächlichen Massendurchflussraten genau anzugeben, selbst wenn Prozessflüssigkeiten mit unbekannter Zusammensetzung fließen.