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如何保证多气体校准的准确性

点击次数:169 发布时间:2020/11/17
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当你在流量计中从一种气体切换到另一种气体,新的气体测量是否和原来的气体一样准确?

 

 

 

作为拥有20多年多气体流量校准经验的行业先锋,Alicat经常被问到这个问题。

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非理想气体定律综述

 

为什么在Alicat质量流量计上改变气体时,精度不会发生变化?

 

Alicat的层流差压式质量流量计通过测量层流元件(LFE)上的压降来确定流量。更高的流速会相应地产生更高的压降。

当我们观察真实世界的气体变化时,情况就变得更加复杂了。

 

 

根据泊肃叶定律,在给定的层流条件下,流体的压降与流体的粘度成正比。例如,蜂蜜比水更粘稠,所以它比水有更大的流动阻力,并在相同的流速下产生更高的压降。

什么影响流体粘度?每一种流体,无论是气体还是液体,都有其固有的粘度。这说明它们在分子水平上的相互作用。

粘度与分子量无关。氢和氦的分子量都比空气小得多,但氢的粘度只有空气的一半,流动更容易,而氦的粘度比空气略高。

粘度随温度而增加,但随压力而减少。对于气体,粘度随温度的平方根而变化。

另一方面,压力对粘度的影响很小,25°C时空气的粘度仅增加0.8%,从1bar增加到10bar。

另一个复杂的问题是气体压缩系数(z),这是一种测量气体行为与理想气体定律(PV=nRT)的偏离程度的方法。

假设z值为1表示理想气体行为,通常,具有更复杂分子的气体表现出更低的可压缩性因子(非理想气体方程PV=znRT中的z),这也表明这些气体的密度更大。

当管线压力增加或温度降低时,可压缩性对流量读数的影响更大。密切关注所有这些变量需要一些先进的流量测量技术。

Alicat改变气体的方法确保了当气体介质发生变化时,流量控制和测量过程不会出现任何精度损失。

2

Alicat气体选择:不允许k因子

 

如果你用过热式质量流量控制器,你可能熟悉k因子。

假设你的质量流量控制器是用氮气校准的,但你想用它来测量氩气的流量。你可以在制造商的k因子图表中找到氩气,然后将这个转换因子与氮校准的流量读数相乘,得到氩的等效流量读数。

根据您的精度要求和操作条件,这可能是一个合适的方法。但是,如果您你希望得到更高的准确性,那么您可能会失望。

用来运行热式质量流量控制器的气体的热特性也高度依赖于压力和温度,就像粘度和压缩性一样。

如果您的操作压力或温度与k因子图表中定义的有显著差异,则k因子无法提供准确的流量校正。

因此,许多热式质量流量计的制造商在使用k因子时提供了不太严格的精度规范。

认识到单点k因子不能解释这些变化的温度和压力条件,Alicat使用了一种与之不同的方法。

当您进入Alicat质量流量控制器的气体选择菜单,从空气切换到氩气时,Alicat用氩气数据代替空气校准数据,使用从氩气的非理想气体特性的三维气体特性数据导出的数学函数。

 

该数据表绘制了从Refprop 9中获得的可压缩性、粘度、压力和温度的NIST-可追溯的气体特性数据,涵盖了Alicat质量流量控制器的整个可用范围。然后数据被存储为Alicat质量流量控制器上的一个函数。

这意味着这意味着Alicat质量流量控制器在2bar和23℃时与在6bar和37℃时访问不同的数据点。

质量流量控制器自身的传感器每秒一千次报告压力和温度的变化,因此Alicat总是在校准面上引用正确的点。

由三维气体特性数据导出的独特功能,结合压力和温度的实时传感,当你在Alicat质量流量计上改变气体时,你的精度不会发生变化。

近,一家独立的校准机构进行的测试显示,当使用空气校准的Alicat质量流量控制器测量12% CO2 + 7% O2 + 81% N2的NIST可追溯校准气体混合物时,总误差仅为读数的0.15%。

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