测量的是气体体积,为什么叫做质量流量计?
小左
2023 / 08 / 21

不管是层流压差式流量计、还是热式流量计,在微流控领域都有一个统一的名字:质量流量计。你有没有想过,流量单位明明是SCCM(mL/min)或者SLPM(L/min),都是体积随时间的变化量,可为什么叫质量流量计而不是体积流量计呢?

我们先来看传统的家用煤气罐是怎样测量装了多少质量的煤气的。首先把空罐子放在称上读数,装满气后再读一次数,通过前后质量差来计算煤气质量。工业上有许多场景也都可以通过称重的方法得知装的气体质量,但是一旦气体接入系统,充斥到各种管路和阀件中时,就无法得知经过某个管路接口的气体是多少质量了。因此需要通过测量其他的量来计算质量,由此诞生的就是各种类型的气体流量计,包括质量流量计。

 

 

质量流量计的测量结果一般称为标况流量,标况指的是一个标准大气压(101.325KPa)和0℃的状态(不同行业标况温度可能不同)。气体的质量集中在气体分子上,气体分子直径远远小于分子间距离,温度和压力都是分子运动的宏观表现,所以当温度和压力确定时,气体分子间距离也就确定了。经过无数实验验证1mol的任意气体(分子数量为6.02×1023个)在101.325Kpa、0℃状态下的体积都是约22.4L,它的质量仅仅与气体的分子量有关。比如氢气(H2)的分子量是2,那么标况下22.4L的氢气质量就是2g。这个结论的宏观描述就是:特定气体在标况下的密度是定值,因此知道标况流量也就知道了质量流量。

 

 

实际被测气体都不是在标准状况下的,为什么质量流量计可以测量标况流量呢?以层流压差式为例,层流压差式流量计通过测量压差的方式获得气体在当前温度和压力下的体积流量,再通过理想气体状态方程就可以换算出标况下的流量。

在实际应用中,客户很多时候在意的是气体的量的多少,而不是占的体积多少。比如要按比例精确混合两种气体,需要将两种气体按照一定的质量比例进行控制与混合,流量计在这种场合使用,也就被习惯性称为质量流量计了。

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