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全面帶您了解關于質量流量計的一些基礎內容
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2019-09-23 09:20:47【小中大】
全面帶您了解關于質量流量計的一些基礎內容
許多傳統的流量計技術響應于移動流體的體積流速。基于速度的流量計，例如電磁，渦流，渦輪，超聲波和光學，產生與流體分子的速度成比例的輸出信號，而不是其他任何東西。這意味著如果流過這些流量計類型之一的流體突然變得更密集（同時仍以每分鐘相同數量的體積單位流動），流量計的響應將根本不會改變。本文介紹了關于質量流量計的一些基礎內容。
然而，體積流量計提供的信息可能不是所測量過程的最佳信息。例如，如果所討論的流量計恰好測量進入化學反應器容器的進料流速，那么我們真正關心的是每單位時間進料的分子進入反應器的數量，而不是多少立方米或加侖多少錢。我們知道溫度的變化會導致氣體和液體的密度變化，這意味著每個體積單位在溫度變化后將包含不同數量的分子。壓力對氣體的影響相似：壓力增加意味著占據每立方英尺（或其他體積單位）的氣體分子越多，所有其他因素都相同。如果一個過程需要考慮分子流速。
在蒸汽鍋爐控制系統中，必須匹配進入鍋爐的水的流速和從鍋爐流出的蒸汽的流速，以便在鍋爐管和鼓內保持恒定量的水。然而，水是液體而蒸汽是蒸汽，因此基于體積的流量測量是沒有意義的：立方英尺的蒸汽將永遠不會包含與立方英尺水相同數量的分子。控制系統平衡兩種流量的唯一合理方法是將它們測量為質量流量而不是體積流量。
在質量流量計用于貿易交接的情況下出現類似的問題。該術語表示特定材料的購買和銷售情況，以及流量測量的準確性是貨幣重要性的問題。同樣，在這種情況下，通常購買和銷售的分子數量確實很重要，而不是這些分子占據多少立方米或加侖。這里，與化學反應器進料流應用一樣，質量流量計不提供最相關的信息。我們從化學研究中知道，所有元素都具有固定的質量值：單原子形式的任何元素中的1摩爾（單個未結合的原子）的質量等于該元素的原子質量。例如，1摩爾碳（C）原子的質量為12克，因為元素碳的原子質量為12.同樣，1摩爾的氧（O）原子保證質量為16克，因為16是原子量對于元素氧氣。因此，1摩爾的一氧化碳（CO）分子的質量為28克（12 + 16），而1摩爾的二氧化碳（CO2）分子的質量為44克（12 + 16×2）。無論物質的密度或稀疏程度如何，這些分子/質量關系都是固定的：無論影響氣體樣品密度的壓力或溫度條件如何，1摩爾CO2的質量均為44克。分子計數與任何給定化合物的質量之間的關系是固定的，因為質量是物質的固有屬性。
維度分析證實了這種關系。體積流量總是以體積單位（m3，ft3，cc，in3，加侖等）隨時間測量，而質量流量總是以質量單位（g，kg，或slugs）隨時間測量。使用一個具體的例子，質量流量以磅（質量）/分鐘為單位，將質量密度乘以磅/立方英尺乘以體積流量（立方英尺/分鐘）：
例如，1000立方英尺/分鐘水的體積流速相當于每分鐘62400磅（質量），或1040lbm / s，水的密度為62.4lbm / ft3。然而，補償質量流量計系統需要更多的校準工作來維持其長期準確性，更不用說收集所有必要數據和執行質量流量計算所需的多個變送器和質量流量計算機中的大量資本投資。如果現有的質量流量計技術能夠自然地響應流體的質量流量，那就簡單多了。
對于以下每種質量流量計技術，應該清楚地理解，所討論的儀器自然地響應質量流量。為了使用我們假設的流體流的示例，其密度突然增加而體積速率保持不變，真正的質量流量計將立即識別質量流量的增加（相同的體積率，但每單位體積更多的質量），而無需額外的補償測量或計算機計算。真正的質量流量計的工作原理與通過質量流量計的流體分子的質量直接相關，使其與其他質量流量計類型有根本的不同。
在科里奧利流量計的情況下，儀器的工作原理是慣性：物體在加速或減速時產生的力。質量的這一基本特性（與速度變化相反）構成了科里奧利流量計功能的基礎。如果恒定質量流體的體積流量加倍，科里奧利流量計內部產生的慣性力將加倍; 如果恒定體積流量的密度加倍，則慣性力同樣會加倍。無論哪種方式，慣性力都表示質量通過質量流量計的速度，因此科里奧利流量計是一種真正的質量流量儀器。
在熱質量流量計的情況下，儀器的工作原理是對流傳熱：當較冷的分子經過時，從熱物體中提取的熱能。流體分子傳遞熱量的能力是每個分子的比熱和溫暖物體的分子數量的函數。只要流體的化學成分保持不變，熱的對流傳遞就是在給定時間內有多少流體分子通過的函數。如果給定流體的體積流量加倍并且所有其他值保持恒定，則熱質量流量計內的傳熱率將加倍; 如果給定流體的密度加倍并且所有其他條件保持恒定（即每個時間間隔經過的分子數的兩倍），則傳熱速率同樣會加倍。無論哪種方式，對傳熱率表示流體流過多少分子，質量流量計對于任何給定的流體類型都與流體的質量流量成正比。這使得熱質量流量計成為任何（校準的）流體組合物的真正質量流量儀器。
存在一些用于測量真實質量流量的較舊的機械技術，但這些技術正在被科里奧利和熱質量流量計技術所取代。科里奧利和熱質量流量計也迅速成為以前應用于補償孔板和渦輪質量流量計領域的應用技術。
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