气体流量测量和校准的原理与实践
发布：2017-11-08 09:07:01人气：3274
气体流量测量和校准的原理与实践 一、气体流量校准的基本公式 二、气体流量校准的基本原理 进行比较法流量测量的重要因素 质量流量与体积流量 : 设备和单位 泄露对测量的影响 建立稳定气流状态的重要性 硬件配置注意事项 基标准和二级标准 福禄克流量校准中
气体流量测量和校准的原理与实践
一、气体流量校准的基本公式
二、气体流量校准的基本原理
•进行比较法流量测量的重要因素
•质量流量与体积流量: 设备和单位
•泄露对测量的影响
•建立稳定气流状态的重要性
•硬件配置注意事项
•基标准和二级标准
•福禄克流量校准中的新内容
三、基本假定:
对于顺序连接的流量参考设备和被测设备, 通过每个部分的流量是相等的。
此假设至少依赖于三个因素
1. 测量的量是质量
2. 无泄漏
3. 排除了瞬时影响(稳定状态流量)
体积流量和质量流量
•体积流量是体积比时间:qv=cc/min
•质量流量是质量比时间:qm=g/min
•标准质量流量: 质量流量单位常被表示为某种标准状态下的体积流量单位:
• sccm, slm, sm3/h 是质量流量单位.
• cc/min, ccm, or accm 是体积流量单位.
提示:表示为体积流量单位的质量流量单位是测量误差的常见来源.
问题1: 气体流量测量的根本是基 于质量流量还是体积流量？
理解标准质量流量单位(sccm, slm)
在两种不同压力和温度条件下（密度）的1 毫升(cc) 体积
每个体积内的质量（分子数量）是不同的. 标准状态毫升(standard cubic centimeter, scc) 定义标准状态下（压力和温度）每毫升的质量
为什么是质量流量?
几乎所有的气体流量都依据于质量流量，不是体积流量.
质量流量对一下应用是非常重要的:
• 运输监护
• 气体混合
• 化工 / 生物反应
• 泄漏率监测
• 化学蒸汽沉积 / 蚀刻...
质量流量对体积流量
质量流量是守恒的: qm1 = qm2
体积流量不是守恒的: qm1 ≠ qm2
在密闭系统中，气体密度随温度和压力的变化而改变。
必须知道气体密度才能进行准确、直接的气体流量比较测量!
问题2: 可否使用质量流量标准器 对体积流量仪表进行校准？
质量流量对于体积流量
qm = qv • ρ
ρ = 密度
理想气体定律
体积流量举例:
使用理想气体定律方程 (近似)
对于理想气体，此处:
qm=参考为标准状态的质量流量
qv = 实际条件下的体积流量(cc/min, l/min)
P,T=实际压力，温度
PN,TN=质量流量单位(sccm, slm)的参考压力和温度
* 必须使用 压力和温度
使用理想气体定律方程(实际)
包含压缩系数
对于理想气体，此处:
Z = 实际条件下的气体压缩系数
ZN = 标准条件下的气体压缩系数
*必须使用 压力和温度总结:
• 由于通过系统的气体质量守恒，使用比较法对气体流量设备校准更加容易.
• 即使需要校准体积流量设备，仍可使用质量流量标准. 被检表的质量流量与标准器的质量流量相等，使用单位转换即可轻易获得想要的体积流量。.
转子流量计
某些流量计的输出受到气体密度变化的不同影响，尤
其是对于变面积的流量计，例如转子流量计
这里:
qm design = 给予参考压力温度状态下的质量流量
qm current = 当前测量质量流量
ρ design = 转子流量计在参考温度压力状态下的气体密度
ρ current =转子流量计在当前温度压力状态下的气体密度
* 必须测量转子流量计的当前状态（温度、压力）
泄露
如果参考设备和被测设备之间存在泄露，则标准和
被测测量的流量不同。
发现泄露的常用方法
1. 隔离系统并测量压力下降
2. 隔离系统并观察流量指示
3. 液体皂泡
泄露在数据中的影响
• 包含有明显泄露的数据将显示为一个恒定的流量偏移（误差）, 在低
流量点的百分比更大
当存在泄露时，上游的流量总是大于下游的流量
瞬时影响
在进行比较法测量之前要建立稳定状态的流量
一定长的时间内, 流经参考设备 和被测设备的流量是相等的, 但 在某个短时间内他们可能不同.
在调节流量之前应等到稳定状态
在进行比较法测量之前要建立稳定状态的流量
• 优化压力和流量控制硬件以达到稳定
在进行比较法测量之前要建立稳定状态的流量
• 进行数据平均可减小测量噪声
• 在同一时间周期内对所有设备数据进行平均
• 提示： molbox流量测量主机和COMPASS 软件可以在流量达到 稳定并可读取数据时提供提示，并且在自动数据采集期间将自 动进行等待和数据平均。
正向位移采集设备(钟罩/活塞式校准仪):
当流量从旁路转为测量状态时压力(和流量) 发生波动
• 对于传统低速钟罩是或密封水印活塞式校准 仪,在活塞运动开始后必须使用特殊的处理来 等待稳定，
• 必须确认平均时间的对齐
考虑流动气体的影响
• 优化流动气体的压力和温度稳定
• 将系统置于环境条件稳定的地方.
• 如果气源在外部，或气体压力以较高流速从高压转为低压时
可能产生温度下降，则需要换热器来将气体温度变为室温.
考虑流动气体的影响
• 使用量程匹配的高品质的过滤器和调压阀，建立洁净、稳定
的气源.
• 通过减小提供溶剂来减小环境温度压力波动对系统可能造成
的影响
• 必要时使用直的流道.
• 考虑到可能导致压力下降的各种限制情况
流量基标准
流量基标准可以对其它流量设备进行校准和量值传递。流量基
标准可以达到的测量水平是其它设备达不到的。
• 选择流量标准时， 重要的是考虑基准设备是如何测量，而不是
“测得多准”。
• 测量不确定度、操作、功能和其它独特特点是 重要的。
流量基标准– 福禄克称重法流量基准系统
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