|
Параметры ламинарного потока
Теория измерения параметров ламинарного потока
Массовые расходомеры Alicat основаны на принципах этой теории измерений и используют все преимущества многих технических ухищрений, необходимых для того, чтобы измерения были точными.
Одна из методологий для устройств с внутренней компенсацией в ламинарном потоке (Internally Compensated Laminar – ICL) основана на уравнении Пуазейля. Сначала создается сужение внутреннего сечения. Это сужение называют элемент ламинарного потока (Laminar Flow Element – LFE). LFE воздействует на молекулы газа так, чтобы они двигались по каналу параллельно, почти без турбулентности (Рис. 1). В области ламинарного течения измеряется разница давлений. Уравнение Пуазейля устанавливает связь между этой разницей давлений и потоком:
Q = (P1-P2) π r4 / 8ηL
Где:
Q = Объемный расход
P1 - статическое давление на входе
P2 - статическое давление на выходе
r - гидравлический радиус сужения
η - (эта) динамическая вязкость жидкости
L - длина сужения
Поскольку π, r и L постоянны, это уравнение может быть записано так:
Q = K (ΔP/η),
где K – константа, определяемая геометрией сужения. Это уравнение в простой форме показывает линейную связь между объемным расходом (Q), разницей давлений (ΔP) и динамической вязкостью (η).
Изменение температуры газа влияет на его динамическую вязкость. Поэтому, для определения величины η необходимо измерять температуру. В большинстве работающих на разнице давлений приборов коррекция вязкости производится вручную с помощью справочных диаграмм, которые опеределяют связь вязкости газа с его температурой. В приборах с ICL это выполняется автоматически посредством использования дискретного датчика температуры и микропроцессора.
На этой стадии определяется только объемный расход. Для приборов с ICL, в отличии от имеющих ряд недостатков тепловых приборов, для определения реального массового расхода необходимо сделать дополнительные измерения. Связь между объемным и массовым расходами следующая:
Массовый расход = Объемной расход х Плотность х Корректирующий коэффициент
Законы идеального газа нам говорят, что плотность газа зависит от его температуры и абсолютного давления. Согласно этим законам, влияние температуры на плотность следующая:
pa / ps = Ts / Ta,
где:
pa - плотность в потоке
Ta - абсолютная температура в потоке в градусах Кельвина
ps - плотность при стандартных условиях
Ts - абсолютная температура при стандартных условиях в градусах Кельвина
°K = °C +273.15 (как установлено Кельвином)
А влияние абсолютного давления на плотность такое:
pa / ps = Pa / Ps
где:
pa - плотность в потоке
Pa - абсолютное давление в потоке
ps- плотность при стандартных условиях
Ps - абсолютное давление при стандартных условиях
Следовательно, чтобы получить массовый расход (M), объемный расход необходимо умножить на два корректирующих коэффициента: влияние температуры на плотность и влияние абсолютного давления на плотность. Это может быть записано так:
M = Q (Ts / Ta) (Pa / Ps)
В расходомерах с ICL в области ламинарного потока также устанавливают и датчик абсолютного давления. Чтобы произвести необходимые вычисления для определения массового расхода, данные с него поступают на микропроцессор и обрабатываются вместе с данными от дискретного датчика абсолютной температуры.
Выполнение этих вычислений требует определения некоторых стандартных температуры и давления (STP), обозначенных в формулах как Ts и Ps. Обычно за STP принимаются условия на уровне моря, но единого стандарта для них не существует. Например, наиболее часто стандартные условия таковы:
0 °C и 14.696 фунтов/дюйм2
25 °C и 14.696 фунтов/дюйм2
0 °C и 760 торр (мм ртутного столба)
Важно заметить, что, если необходимо корректировать единицы массы, выраженной в граммах, килограммах и т.п., то для этого подходят стандартны, в которых массовый расход выражен в SLPM (standard liters per minute – стандартные литры в минуту), SCCM (standard cubic centimeters per minute – стандартные см2 в минуту) или SCFH (standard cubic feet per hour – стандартные кубические футы в час). Если известны установки STP для конкретного прибора и плотность реального газа при этих STP, то можно определить расход в граммах в минуту, килограммах в час и т.п. Например:
Дано:
Газ – гелий
M – 250 см3/мин
STP – 25 °C и 14.696 фунтов/дюйм2
Плотность газа – 0.166 г/л
Действительный массовый расход = M * Плотность газа при STP
Действительный массовый расход = (250 см3/мин) (1 л на 1000 см3) (0.1636 г/л)
Действительный массовый расход = 0.0409 г/мин для гелия
|
|
2015-2020 
