Lorsque vous passez de débiter un gaz à débiter un gaz différent dans le même débitmètre, les nouvelles mesures avec le nouveau gaz sont-elles aussi précises que le gaz d’étalonnage d’origine ? En tant que l’originateur des étalonnages de débitmètres multi-gaz il y a une vingtaine d’années déjà, Alicat se pose souvent cette question. Dans ce post, nous allons examiner l’approche d’Alicat en matière de sélection de gaz et pourquoi vous ne subissez aucun changement de précision lorsque vous changez de gaz sur un instrument à débit massique Alicat.

Une Revue des Lois Non-Idéales du Gaz

Les débitmètres massiques laminaires à pression différentielle d’Alicat déterminent les débits en mesurant les chutes de pression à travers l’élément d’écoulement laminaire [laminar flow element, en anglais] (LFE). Des débits plus élevés génèrent des pertes de charge proportionnellement plus élevées. Cela semble facile, non ? Mais cela devient plus compliqué quand on regarde le comportement réel du gaz, qui tient compte de la viscosité d’un fluide (sa résistance à l’écoulement). Selon Poiseuille, la perte de charge d’un fluide en écoulement est directement proportionnelle à sa viscosité absolue à un débit donné dans des conditions laminaires. Par exemple, le miel est plus visqueux que l’eau, donc il a une résistance à l’écoulement beaucoup plus grande que l’eau et génère une chute de pression plus importante au même débit. (Mais ne mettez pas de miel dans votre débitmètre Alicat.)

Qu’est-ce qui affecte la viscosité du fluide ? Chaque fluide, qu’il soit gazeux ou liquide, a une viscosité absolue inhérente qui parle de ses interactions au niveau moléculaire. La viscosité n’est pas liée au poids moléculaire. L’hydrogène et l’hélium ont des poids moléculaires bien inférieurs à ceux de l’air, mais alors que l’hydrogène a environ la moitié de la viscosité de l’air (il circule plus facilement), l’hélium a une viscosité légèrement supérieure à celle de l’air. La viscosité augmente également avec la température et, beaucoup moins ainsi, la pression. Pour les gaz, la viscosité absolue varie avec la racine carrée de la température absolue. La pression, d’autre part, a des effets minimes sur la viscosité, en augmentant la viscosité de l’air à 25 °C de seulement 0,8% de 1 à 10 bars.

Une autre complication est la compressibilité du gaz (z), qui est une mesure de la façon dont le comportement d’un gaz s’écarte des lois du gaz parfait (PV = nRT). Étant donné qu’une valeur z de 1 indique un comportement de gaz idéal, les gaz avec des molécules plus complexes présentent généralement des facteurs de compressibilité plus faibles (z dans l’équation de gaz non idéale PV = znRT), ce qui indique également des densités plus élevées de ces gaz-là. La compressibilité affecte davantage les lectures de débit lorsque les pressions de ligne augmentent ou lorsque les températures diminuent. Garder un œil sur toutes ces variables nécessite une technologie de mesure de débit avancée.

L’approche d’Alicat pour changer les gaz garantit que votre processus de contrôle de débit ou de mesure de débit ne subisse aucune perte de précision à mesure que votre milieu de gaz change.

Le Gas Select d’Alicat: Pas de K-Factors Permis

Si vous avez déjà utilisé un contrôleur de débit massique thermique, vous connaissez probablement le concept des facteurs K. Disons que votre contrôleur de débit a été calibré sur de l’azote, mais que vous voulez l’utiliser pour faire circuler de l’argon. Vous trouvez l’argon dans le tableau des facteurs K du fabricant et vous multipliez ce facteur de conversion par rapport à votre lecture d’écoulement calibrée à l’azote pour obtenir le débit équivalent pour l’argon. En fonction de vos exigences de précision et de vos conditions de fonctionnement, cela pourrait constituer une approche appropriée.

Si vous êtes préoccupé par le maintien d’un haut degré d’exactitude, cependant, vous pourriez être déçu. Le problème est que les caractéristiques thermiques des gaz utilisés pour faire fonctionner un contrôleur de flux thermique dépendent aussi beaucoup de la pression et de la température, tout comme la viscosité et la compressibilité. Si votre pression ou température de fonctionnement diffère significativement de celles définies dans le tableau des facteurs K, votre facteur K ne fournira pas une correction précise du débit. Pour cette raison, de nombreux fabricants de débitmètres massiques thermiques fournissent des spécifications de précision beaucoup moins strictes lors de l’utilisation de facteurs K. Reconnaissant qu’un facteur K ponctuel ne peut pas tenir compte de ces changements de température et de pression, Alicat utilise une approche très différente.

Le menu Gas Select d’Alicat

Lorsque vous entrez dans le menu Gas Select d’un régulateur de débit massique Alicat et passez de l’air à l’argon, l’Alicat remplace ses données d’étalonnage pour l’air par des données pour l’argon, en utilisant une fonction mathématique dérivée des propriétés tridimensionnelles des gaz avec les propriétés gazeuses non-idéales de l’argon. Cette surface de données représente les données sur les propriétés des gaz traçables par NIST à partir de Refprop 9 pour la compressibilité et la viscosité en fonction de la pression et de la température sur toute la plage utile du régulateur de débit massique Alicat. Les données sont ensuite stockées comme une fonction unique à bord de l’Alicat. Ce que cela signifie, c’est que l’Alicat accède à différents points de données quand il écoule de l’argon à 2 bars et à 23 °C que lorsqu’il écoule de l’argon à 6 bars et à 37 °C. Les propres capteurs du contrôleur de débit massique signalent des changements de pression et de température mille fois par seconde, de sorte que l’Alicat fait toujours référence au bon point sur la surface d’étalonnage. En raison de cette approche à deux volets — des fonctions uniques dérivées des données de propriétés de gaz tridimensionnelles combinées avec la détection en temps réel de la pression et de la température — vous ne subissez aucun changement de précision lorsque vous changez de gaz sur un instrument à débit massique Alicat.

De récents tests faits par une entreprise d’étalonnage indépendante ont démontré une erreur totale de seulement 0,15% de la lecture à pleine échelle lorsqu’un Alicat calibré à l’air a été réglé (via le menu Gas Select) pour mesurer un mélange de 3 gaz calibré traçable NIST de 12% CO2 + 7% O2 + 81% N2. Cette erreur mesurée était bien dans la limite des spécifications de précision publiées pour le contrôleur de débit massique.

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Ces temps-ci, de plus en plus de fabricants de régulateurs de débit massique thermique sortent des étalonnages de plusieurs gaz pour certains de leurs contrôleurs de débit massique. La plupart de ces fabricants augmentent leurs bandes de précision d’une manière ou d’une autre lorsque vous utilisez un gaz autre que le gaz sur lequel l’instrument a été calibré physiquement. Cela peut prendre la forme d’une conversion d’un pourcentage de spécifications de précision de lecture en pourcentage de spécifications d’échelle complète, parfois tout en élargissant également la bande d’exactitude elle-même (par exemple, de 1% à 3%). Pour une discussion sur la manière dont les spécifications à l’échelle réelle diffèrent du pourcentage de spécifications de lecture, veuillez consulter le post précédent d’Alicat sur la précision du débitmètre : démystifier les fiches techniques. [Flow Meter Accuracy: Demystifying Spec Sheets]. Quelle que soit la manière dont la modification est appliquée, la présence de tout changement de spécification lorsque vous sélectionnez un gaz différent indique que tous les facteurs pertinents ne sont pas pris en compte dans le modèle de gaz du fabricant lorsque vous sélectionnez un gaz différent, et ceci peut être une raison de soucis.

L’approche d’Alicat pour changer les gaz garantit que votre processus de contrôle de débit ou de mesure de débit ne subisse aucune perte de précision à mesure que votre milieu de gaz change. Notre vitesse ultra-rapide garantit que vos lectures de débit, quelle que soit la température ou la pression, sont les plus précises possibles, mille fois par seconde.

Êtes-vous prêt à supprimer des facteurs K inexacts pour de véritables étalonnages de gaz multiples ?

Contactez un de nos ingénieurs d’application au 888-290-6060 ou info@alicat.com pour discuter de votre application, ou sinon remplissez le formulaire ci-dessous.

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