تقنية Alicat

مبدأ أليكات لقياس التدفق الكتلي 

تعمل أدوات Alicat للتدفق الكتلي على مبدأ قياس التدفق الصفحي القائم على الضغط التفاضلي. يعد مقياس التدفق ووحدات التحكم في التدفق أدوات متعددة المعلمات (متعددة المتغيرات) تعرض أيضًا بيانات الضغط ودرجة الحرارة التي نستخدمها لتحديد معدلات التدفق الحجمي والكتلي.

معادلة Poiseuille لقياس التدفق الصفحي

تعتمد إحدى منهجيات قياس التدفق في وحدة رقائقية (ICL) على فيزياء معادلة Poiseuille. أولاً ، يتم إنشاء قيود داخلية. يُعرف هذا القيد باسم عنصر التدفق الصفحي (LFE). يجبر LFE جزيئات الغاز على التحرك في مسارات متوازية على طول الممر ، مما يقضي تقريبًا على اضطراب التدفق. (اقرأ عن التدفق الصفحي هنا.). يتم قياس انخفاض الضغط التفاضلي داخل المنطقة الصفائحية.

تحدد معادلة Poiseuille العلاقة بين انخفاض الضغط و رقائقي معدل التدفق الحجمي على النحو التالي:

س = (ص1-P2) πr4/ 8 ميكرولتر

أين:

س = معدل التدفق الحجمي
ص1 = ضغط ثابت عند المدخل
ص2 = ضغط ثابت عند المخرج
r = نصف القطر الهيدروليكي للتقييد
η = اللزوجة المطلقة للسائل
L = طول القيد

نظرًا لأن π و r و L ثابتان بالنسبة إلى LFE معين ، يمكن إعادة كتابة المعادلة على النحو التالي:

Q = K (ΔP) / η

في هذه المعادلة ، K هو عامل ثابت تحدده هندسة التقييد. يوضح العلاقة الخطية بين معدل التدفق الحجمي (Q) والضغط التفاضلي (P) واللزوجة المطلقة (η) في شكل أبسط.

تؤثر التغيرات في درجة حرارة الغاز على اللزوجة المطلقة للغاز. يتطلب هذا قياس درجة الحرارة لتحديد قيمة η. بالنسبة لمعظم الأجهزة القائمة على الضغط التفاضلي ، يتم ذلك عن طريق الرجوع إلى المخططات يدويًا التي تشير إلى خصائص لزوجة الغاز عند درجات حرارة معينة. في Alicat ، يتم إجراء هذا المرجع بشكل مستمر من خلال استخدام مستشعر درجة حرارة منفصل ومعالج دقيق.

قياس التدفق الشامل

في هذه المرحلة ، تم تحديد معدل التدفق الحجمي فقط. لكي يعالج جهاز التدفق الصفحي حدود النطاق لأدوات التدفق الحراري ، يجب إجراء قياسات إضافية لتحديد معدل التدفق الكتلي الفعلي للغاز. العلاقة بين التدفق الحجمي والتدفق الكتلي هي:

الكتلة = الحجم * معامل تصحيح الكثافة

توضح لنا قوانين الغاز المثالية أن كثافة الغاز تتأثر بدرجة حرارته وضغطه المطلق. باستخدام قوانين الغاز المثالية ، يكون تأثير درجة الحرارة على الكثافة (عند ضغط ثابت) هو:

ρأ/ ρس = تس/ تأ

أين:

ρأ = الكثافة في ظروف التدفق
تيأ = درجة الحرارة المطلقة (° كلفن) في ظروف التدفق في كلفن
ρس = الكثافة في الظروف القياسية (STP)
تيس = درجة الحرارة المطلقة (° كلفن) في الظروف القياسية (STP) في كلفن
(° K = ° C +273.15)

وبالمثل ، فإن تأثير الضغط المطلق على الكثافة (عند درجة حرارة ثابتة) هو:

ρأ/ ρس = صأ/ صس

أين:

ρأ = الكثافة في ظروف التدفق
صأ = الضغط المطلق في ظروف التدفق
ρس = الكثافة في الظروف القياسية (STP)
صس = الضغط المطلق في الظروف القياسية (STP)

لذلك ، من أجل تحديد معدل تدفق الكتلة (M) ، يجب تطبيق عاملي تصحيح على معدل التدفق الحجمي (Q): تأثيرات درجة الحرارة والضغط المطلق على الكثافة. معًا ، يمكن كتابة التحويل إلى التدفق الشامل على النحو التالي:

م = س (تس/ تأصأ/ صس)

في مقياس تدفق الكتلة Alicat ، يتم وضع مستشعر ضغط مطلق منفصل في المنطقة الصفائحية لتيار التدفق. يتم إرسال هذه المعلومات إلى المعالج الدقيق ويتم دمجها مع البيانات من مستشعر درجة الحرارة المطلقة المنفصل لإجراء الحسابات المناسبة لتحديد تدفق الكتلة.

درجة الحرارة والضغط القياسيان (STP)

يتطلب إجراء حسابات التدفق الكتلي الإشارة إلى مجموعة من درجات الحرارة القياسية وظروف الضغط (STP) كما هو مبين في المتغيرات تيس و صس. عادةً ما يتم تعريف STP في ظروف مستوى سطح البحر ، ولكن لا يوجد معيار واحد لهذه الاتفاقية. تتضمن أمثلة الشروط المرجعية الشائعة لـ STP ما يلي:

0 درجة مئوية و 1013 ملي بار
25 درجة مئوية و 14.696 رطل
0 درجة مئوية و 760 تور أو مم زئبق

من الملائم ملاحظة أنه على الرغم من أن الوحدات النموذجية للكتلة يتم التعبير عنها بالجرامات أو الكيلوجرامات لكل وحدة زمنية (غالبًا ما يطلق عليها "تدفق الكتلة الحقيقي") ، فقد أصبح من المعتاد أن يتم التعبير عن معدل التدفق الكتلي كمعدل تدفق حجمي معياري. تتضمن الأمثلة slm / slpm (لترات قياسية في الدقيقة) و sccm (سنتيمترات مكعبة قياسية في الدقيقة) و scfh (قدم مكعب قياسي في الساعة). من خلال معرفة إعداد STP للجهاز وكثافة غاز معين في STP ، من الممكن تحديد معدل التدفق بالجرام في الدقيقة والكيلوغرام في الساعة وما إلى ذلك ، كما يوضح المثال التالي.

معطى:

غاز = هيليوم
M = 250 SCCM
STP = 25 درجة مئوية و 14.696 PSIA
كثافة الغاز = 0.166 جرام لكل لتر

التدفق الكتلي الحقيقي = M * كثافة الغاز عند STP
التدفق الكتلي الحقيقي = (250 SCCM) (1 لتر لكل 1000 سم مكعب) (0.1636 جرام لكل لتر)
التدفق الكتلي الحقيقي = 0.0409 جرام لكل دقيقة من الهيليوم

يمكن لمقاييس تدفق كتلة Alicat ووحدات التحكم في التدفق الكتلي المصنوعة منذ ربيع 2016 عرض معدلات تدفق الكتلة كمعدلات تدفق كتلة حقيقية. ما عليك سوى تحديد الوحدة المطلوبة ، وسيقوم Alicat بإجراء جميع العمليات الحسابية.

تعرف على المزيد حول أجهزة Alicat

العربية