Wie wirken sich subatmosphärische Drücke auf die Durchflussrate aus?

Alicat U mass flow and pressure application training

Der Massendurchflussmesser eines Kunden misst bei halber Atmosphäre nicht richtig. Was passiert? Die Messung des Massenflusses unter subatmosphärischem Druck kann eine Herausforderung darstellen, da er die volumetrischen Flussraten ändert. In diesem Beitrag untersuchen wir, was genau unter diesen Bedingungen passiert und wie Sie sicherstellen können, dass Ihr Massen- oder Volumenflussmesser für Ihre Anwendung geeignet ist.

Druckauswirkungen auf Masse und Volumen für statische Gase

Druck ist ein Maß für die Kraft, die auf eine Oberfläche ausgeübt wird. Gemäß dem Idealgasgesetz (PV = nRT) nimmt mit zunehmendem Druck (P) das von dem Gas eingenommene Raumvolumen (V) ab. Dies geschieht, weil Gase komprimierbar sind und ihre Moleküle einander näher kommen, wenn der Druck zunimmt. Wenn der Druck abnimmt, dann entfernen sich die Moleküle weiter und nehmen ein größeres Volumen ein. In jedem Fall bleibt jedoch die Anzahl der Luftmoleküle innerhalb des Volumens (n, Molmasse) konstant.

Air at 2 atm Mass: 500 scm3 Volume: 250 cm3

 Luft bei 2 atm Masse: 500 scm3  Volumen: 250 cm3

Stellen wir uns einen flexiblen, nicht elastischen Behälter wie einen Mylar-Ballon vor. Wir füllen es mit 500 cm³ Luft bei Atmosphärendruck (1 atm, etwa 14,696 psia) und Standard-Umgebungstemperatur (25ºC). Wenn wir den Druck auf 2 atm verdoppeln, kommen die Luftmoleküle näher zusammen und das Volumen wird auf 250 cm3 komprimiert. Wenn wir den ursprünglichen Druck auf 0,5 atm halbieren, verdoppelt sich das Volumen auf 1000 cm3. Wenn wir den Druck wieder auf 0,25 atm halbieren, erhöht sich das Volumen auf 2000 cm3. In jedem Fall haben wir weder Luft entfernt noch hinzugefügt, und so bleibt die Molmasse der Luft in dem Behälter 500 scm3 Luft.

 

Air at 0.25 atm Mass: 500 scm3 Volume: 2000 cm3

Luft bei 0,25 atm Masse: 500 scm3 Volumen: 2000 cm3

Air at 1 atm Mass: 500 scm3 Volume: 500 cm3

Luft bei 1 atm Masse: 500 scm3 Volumen: 500 cm3

Druck Auswirkungen auf Gase in Bewegung

Wenn Luft in Bewegung gesetzt wird, variiert ihr Volumen weiterhin mit dem Druck, wie wir oben gesehen haben. Eine Verdoppelung des Leitungsdruckes halbiert den Volumenstrom und ein abnehmender Leitungsdruck erhöht den Volumenstrom. Die Anzahl der strömenden Luftmoleküle (Massendurchsatz) ändert sich jedoch nicht.

Pressure effects on air in motion

Dimensionierung von Durchflussmessern für subatmosphärische Drücke

Differenzdruckbasierte Massenströmungsmessgeräte haben interne Strömungskanäle, die auf die höchstendurch sie erwarteten Durchflussvolumen ausgelegt sind. Wenn diese Messgeräte in subatmosphärischen Anwendungen verwendet werden, müssen sie möglicherweise überdimensioniert werden, um die erhöhten volumetrischen Durchflussraten zu bewältigen.

Nehmen Sie zum Beispiel einen Alicat-Massendurchflussmesser, der für 500 sccm (scm3) in voller Größe (M-500SCCM-D) gebaut wurde. Wenn wir 500 sccm bei dem doppelten Druck (2 atm) fließen, sinkt die volumetrische Flussrate auf 250 ccm. Diese Verringerung des tatsächlichen Luftvolumenstroms stellt keine Herausforderung für die Durchflussmessung dar, da das Messgerät die doppelte Menge bewältigen kann.

Wenn wir beabsichtigen, dass die gleichen 500 sccm bei 0,5 atm zu fließen, wissen wir, dass sich der Volumenstrom auf 1000 ccm verdoppelt. Unser Durchflussmesser für 500 sccm ist zu klein; Stattdessen sollten wir einen Meter für 1000 sccm (M-1SLPM-D) verwenden. Um die größte Massenflussauflösung beizubehalten, würden wir benutzerdefinierte Bereiche von 500 sccm (Masse) und 1000 ccm (volumetrisch) spezifizieren. In ähnlicher Weise würde der Zähler bei 0,25 atm für das Vierfache des beabsichtigten Massenstroms (M-2SLPM-D) gebaut werden und für 500 sccm und 2000 ccm reichen.

Im Allgemeinen können Alicat Massendurchflussmesser bis zu 0,8 atm / 11,5 psia verwendet werden, ohne übergroß zu werden. Wir können Durchflussmesser für den Einsatz bei Drücken bis zu 0,2 atm überdimensionieren.

Dimensionierung von Durchflussreglern für Vakuum und Unterdruck

Im Gegensatz zu Messgeräten müssen Differenzdruck-basierte Durchflussregler nicht für den Einsatz in subatmosphärischen Umgebungen überdimensioniert werden. Für diese Anwendungen positionieren wir das Proportionalsteuerventil auf der stromabwärtigen Seite des Reglers. Dies bildet eine Schallbarriere, die den Strömungssensor vor der Volumenausdehnung des Gases abschirmt. Im folgenden Beispiel sieht der Messkopf im Durchflussregler immer Durchflussraten bei Umgebungsluftdruck (1 atm). Das Gas tritt in den subatmosphärischen Zustand (0,25 atm) ein und dehnt sich erst aus, nachdem es das Ventil passiert hat. Wie in den vorherigen Beispielen bleibt die Massenflussrate konstant, wenn das Gas von 1 atm auf 0,25 atm übergeht.

Pressure effects on volumetric flow for controllers

Wenn Sie Fragen zu Ihrer subatmosphärischen oder Vakuumanwendung haben, wenden Sie sich bitte an Alicat (info@alicat.com oder 888-290-6060), damit einer unserer Anwendungsingenieure Ihnen helfen kann, die richtige Lösung zu finden

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