Wenn Sie im selben Durchflussmesser von einem Gas auf ein anderes Gas wechseln, sind die neuen Messungen mit dem neuen Gas genauso präzise wie das ursprüngliche Kalibriergas? Als Hersteller von Multigas-Durchflussmesserkalibrierungen seit etwa 20 Jahren wird Alicat diese Frage oft gestellt. In diesem Beitrag werden wir uns Alicats Ansatz zur Gasauswahl anschauen und warum Sie keine Veränderung der Genauigkeit feststellen, wenn Sie Gase an einem Alicat-Massendurchflussmessgerät wechseln.
Eine Überprüfung der nicht-idealen Gasgesetze
Alicats laminare, auf Differenzdruck basierende Massendurchflussmesser bestimmen die Durchflussraten durch Messung von Druckabfällen über das Laminar-Flow-Element (LFE). Höhere Durchflussraten erzeugen proportional höhere Druckverluste. Klingt einfach, oder? Es wird komplizierter, wenn wir das reale Gasverhalten betrachten, das die Viskosität einer Flüssigkeit (ihren Strömungswiderstand) berücksichtigt. Laut Poiseuille ist der Druckverlust eines strömenden Fluids bei einer gegebenen Strömungsrate unter laminaren Bedingungen direkt proportional zu seiner absoluten Viskosität. Zum Beispiel ist Honig viskoser als Wasser, hat also einen viel größeren Strömungswiderstand als Wasser und erzeugt bei gleicher Durchflussrate einen höheren Druckverlust. (Aber geben Sie Honig nicht durch Ihren Alicat-Durchflussmesser.)
Was beeinflusst die Viskosität der Flüssigkeit? Jede Flüssigkeit, ob Gas oder Flüssigkeit, hat eine inhärente absolute Viskosität, die auf ihre Wechselwirkungen auf molekularer Ebene hinweist. Die Viskosität steht in keinem Zusammenhang mit dem Molekulargewicht. Sowohl Wasserstoff als auch Helium haben im Vergleich zu Luft weit geringere Molekulargewichte, aber während Wasserstoff etwa die Hälfte der Viskosität von Luft hat (es fließt leichter), hat Helium eine etwas höhere Viskosität als Luft. Die Viskosität steigt auch mit der Temperatur und viel weniger mit dem Druck. Bei Gasen variiert die absolute Viskosität mit der Quadratwurzel der absoluten Temperatur. Andererseits hat der Druck minimale Auswirkungen auf die Viskosität und erhöht die Viskosität der Luft bei 25 ° C nur um 0,8% von 1 auf 10 bar.
Eine weitere Komplikation ist die Gaskompressibilität (z), die ein Maß dafür ist, wie stark das Verhalten eines Gases von idealen Gasgesetzen abweicht (PV = nRT). Da ein z-Wert von 1 ein ideales Gasverhalten anzeigt, weisen Gase mit komplexeren Molekülen typischerweise niedrigere Kompressibilitätsfaktoren auf (z in der nicht idealen Gasgleichung PV = znRT), was ebenfalls auf größere Dichten dieser Gase hinweist. Die Kompressibilität wirkt sich stärker auf die Durchflusswerte aus, wenn der Leitungsdruck ansteigt oder wenn die Temperaturen abnehmen. Um all diese Variablen im Auge zu behalten, bedarf es einer fortschrittlichen Technologie zur Durchflussmessung.
Der Ansatz von Alicat bei der Änderung von Gasen stellt sicher, dass bei der Durchflusskontrolle oder Durchflussmessung kein Genauigkeitsverlust auftritt, wenn sich Ihr Gasmedium ändert.
Alicats Gas Select: Keine K-Faktoren erlaubt
Wenn Sie jemals einen thermischen Massenflussregler verwendet haben, kennen Sie wahrscheinlich das Konzept der K-Faktoren. Angenommen, Ihr Durchflussregler wurde auf Stickstoff kalibriert, aber Sie möchten damit Argon fließen lassen. Sie finden Argon in der Hersteller-Tabelle der K-Faktoren und multiplizieren diesen Umrechnungsfaktor mit Ihrer Stickstoff-kalibrierten Durchflussmessung, um den äquivalenten Durchfluss für Argon zu erhalten. Abhängig von Ihren Genauigkeitsanforderungen und Betriebsbedingungen könnte dies ein geeigneter Ansatz sein.
Wenn Sie jedoch ein hohes Maß an Genauigkeit beachten möchten, könnten Sie enttäuscht sein. Das Problem besteht darin, dass die thermischen Eigenschaften von Gasen, die zum Betreiben eines thermischen Durchflussreglers verwendet werden, ebenfalls stark von Druck und Temperatur abhängig sind, genau wie Viskosität und Kompressibilität. Wenn sich Ihr Betriebsdruck oder Ihre Temperatur deutlich von den im K-Faktor-Diagramm definierten Werten unterscheidet, liefert Ihr K-Faktor keine genaue Durchflusskorrektur. Aus diesem Grund stellen viele Hersteller von thermischen Massendurchflussmessgeräten viel weniger strenge Genauigkeitsspezifikationen bereit, wenn K-Faktoren verwendet werden. In Anbetracht der Tatsache, dass ein Ein-Punkt-K-Faktor diese sich ändernden Temperatur- und Druckbedingungen nicht berücksichtigen kann, verwendet Alicat einen ganz anderen Ansatz.
Alicats Gasauswahlmenü
Wenn Sie das Gasauswahlmenü eines Alicat-Massendurchflussreglers aufrufen und von Luft auf Argon umschalten, ersetzt der Alicat seine Kalibrierungsdaten für Luft durch Daten für Argon, wobei eine mathematische Funktion verwendet wird, die aus 3-dimensionalen Gaseigenschaftsdaten für das Nicht-Ideal abgeleitet wird Gaseigenschaften von Argon. Diese Datenoberfläche zeigt NIST-rückführbare Gaseigenschaftendaten von Refprop 9 für Kompressibilität und Viskosität gegen Druck und Temperatur über den gesamten nutzbaren Bereich des Alicat Massendurchflussreglers. Die Daten werden dann als eine einzigartige Funktion an Bord der Alicat gespeichert. Das bedeutet, dass das Alicat auf verschiedene Datenpunkte zugreift, wenn Argon bei 2 bar und 23 ° C fließt, als wenn es bei 6 bar und 37 ° C Argon fließt. Die Sensoren des Massendurchflussreglers melden Änderungen in Druck und Temperatur tausend Mal pro Sekunde, sodass der Alicat immer auf den korrekten Punkt auf der Kalibrierungsoberfläche verweist. Aufgrund dieses zweigleisigen Ansatzes – einzigartige Funktionen, die aus 3-dimensionalen Gaseigenschaftsdaten in Kombination mit der Echtzeitmessung von Druck und Temperatur abgeleitet werden – erfahren Sie keine Änderung der Genauigkeit, wenn Sie Gase an einem Alicat-Massendurchflussmessgerät wechseln.
Kürzlich durchgeführte Tests durch ein unabhängiges Kalibrierhaus ergaben einen Gesamtfehler von nur 0,15% des Gesamtmesswerts, als ein luftkalibriertes Alicat (über das Gasauswahlmenü) eingestellt wurde, um ein NIST-rückführbares, kalibriertes 3-Gas-Gemisch von 12 % CO & sub2; + 7% O & sub2; + 81% N & sub2 ;zu messen . Dieser gemessene Fehler lag innerhalb der veröffentlichten Genauigkeitsspezifikationen für den Massendurchflussregler.
Lesen Sie das Kleingedruckte
Heutzutage finden immer mehr Hersteller von thermischen Massendurchflussreglern Multi-Gas-Kalibrierungen für einige ihrer Massendurchflussregler. Die meisten dieser Hersteller erhöhen ihre Genauigkeitsbanden in irgendeiner Weise, wenn Sie ein anderes Gas als das Gas verwenden, auf dem das Gerät physisch kalibriert wurde. Dies kann die Form des Umwandelns von Prozent der Lesegenauigkeitsspezifikationen in Prozent der vollständigen Skalenspezifikationen annehmen, manchmal während auch das Genauigkeitsband selbst erweitert wird (z. B. von 1% auf 3%). Für eine Diskussion darüber, wie sich die Spezifikationen im vollen Umfang von den Prozentwerten der Lesespezifikationen unterscheiden, lesen Sie bitte den vorherigen Artikel von Alicat über die Präzisison von Durchflussmessern: Entmystifizierung von Datenblättern. Unabhängig davon, wie die Änderung angewendet wird, zeigt das Vorhandensein von Spezifikationsänderungen bei der Auswahl eines anderen Gases an, dass nicht alle relevanten Faktoren im Gasmodell des Herstellers berücksichtigt werden, wenn Sie ein anderes Gas auswählen. Dies kann Grund zur Besorgnis sein .
Der Ansatz von Alicat bei der Änderung von Gasen stellt sicher, dass bei der Durchflusskontrolle oder Durchflussmessung kein Genauigkeitsverlust auftritt, wenn sich Ihr Gasmedium ändert. Unsere blitzschnelle Geschwindigkeit sorgt dafür, dass Ihre Durchflusswerte – unabhängig von der Temperatur oder dem Druck – tausend Mal pro Sekunde genauestens angezeigt werden.
Sind Sie bereit, ungenaue K-Faktoren für echte Mehrfachgaskalibrierungen fallen zu lassen?
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