Teorie měření hmotnostního průtoku plynu

Publikováno

03.01.2022

Hmotnostní průtok plynu

Hmotnostním průtokem se označuje hmotnost plynu, která projde průřezem za jednotku času. Na rozdíl od objemového průtoku, kde se měří jeho objem. Vztah mezi objemovým a hmotnostním průtokem definuje Boyleův zákon (zvaný také Boyleův–Mariottův zákon), kdy je při stlačení plynu zachována jeho hmotnost (pV=konstant). V literatuře najdeme také označení hmotový průtok nebo hmotnostní tok. Při měření průtoku plynu se běžně používají jednotky ln/min, ls/min, sccm a další popsané v tabulce níže. Méně často se při měření průtoku plynu využívají jednotky kg/h, které se obvykle používají při měření hmotnostního průtoku kapalin.

By-passový termický průtokoměr

Termický hmotnostní průtokoměr

Tradičně se k měření hmotnostního průtoku plynu používají termické hmotnostní průtokoměry s by-passem, kde je oddělena malá část protékaného plynu do by-passového termického senzoru. Tento senzor se skládá z topného tělesa a dvou teplotních snímačů, přičemž jeden teplotní senzor je před topným tělesem a druhý za ním po směru toku plynu. Při nulovém průtoku je teplota prvního a druhého teplotního senzoru stejná. Prouděním plynu dojde k ochlazení prvního a zvýšení teploty na druhém senzoru. Tento rozdíl se poté přepočítává na hmotnostní průtok plynu. By-passové průtokoměry jsou tedy kalibrovány vzduchem nebo dusíkem (konverzní faktor 1) a hmotnostní průtok pro ostatní plyny je matematicky přepočítáván přes konverzní faktory jednotlivých plynů. Výhodami tedy je použití pro kterýkoliv plyn včetně agresivních (při volbě odolného těsnění) a možnost použití i pro vysoký tlak. Naopak nevýhodou je nutnost časté kalibrace (doporučuje se jednou za rok), citlivost na částicové nečistoty a vyšší pořizovací cena.

V naší nabídce najdete s by-passovým senzorem hmotnostní průtokoměry a regulátory průtoku řady SmartTrak.

Termický průtokoměr s MEMS technologií

Inovativní metodou měření hmotnostního průtoku plynu jsou čipové senzory MEMS. Tyto senzory pracují také na termickém principu s topným tělesem a dvěma teplotními snímači, ovšem ty jsou součástí čipu, který je umístěn přímo v proudu měřeného plynu. Průtokoměry s MEMS jsou tedy méně citlivé na částicové nečistoty a mají výrazně nižší výrobní náklady. Dalším pozitivem, které nelze opomenout, je stabilita MEMS senzoru průtoku, díky které není potřeba kalibrace dřív než po 5 letech provozu přístroje. Této stability je docíleno kalibrací reálným plynem a menšími teplotními nároky na termický senzor. Naopak nevýhodou tohoto typu senzoru je omezení provozního tlaku do 11 bar (a) a nevhodnost použití pro agresivní plyny.

V naší nabídce najdete tento typ senzoru v hmotnostních průtokoměrech a regulátorech průtoku RED-Y SMART, COMPACT a INDUSTRIAL.

Nejpoužívanější jednotky hmotnostního průtoku plynu (přepočet pro vzduch na ln/min):

ln/min … litr normal za minutu (při 0°C a 1013,25 hPa (a))

ls/min … litr standard za minutu (při 20 °C a 1013,25 hPa (a)) = 0,9316 ln/min

slm … litr při 0 °C a 1013,25 hPa (a) = 1 ln/min

sccm … kubický centimetr při 0 °C a 1013,25 hPa (a) = 0,001 ln/min

scfm … standard cubic feet per minute odpovídá 28,32 ln/min

g/min … gram za minutu = 0,7734 ln/min

kg/h … kilogram za hodinu = 12,89 ln/min