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2018年12月 4日 (火)

真・MFC千夜一夜物語 第265話 コンバージョンファクターは1つではない その2

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」誌 2018年12月号(11/26発売)では、マスフローのゼロシフトに対するゼロ調整に関して解説しています。

本ブログと併せてお読み頂けましたら、幸いです。

 

さて、本物語のラスボスの一つがやっと現れたのですが、CFというものがどれくらい厄介で一筋縄ではいかないのか?をご理解いただくのに、何個か例を挙げて解説しましょう。

以下はおなじみの熱式流量センサーの一般例と流量式です。

181203_01
 

熱式流量計の流量式にはCp=流体の定圧比熱というファクターが含まれています。

気体を測定対象とする場合、圧力条件のよるエンタルピーの変化量が大きい為に定圧比熱を用います。

何度もお話ししてきましたが、熱式流量計を質量流量計として機能させるためには、流体種を固定する必要があります。

それは=定圧比熱を正確に求めないといけないからなのです。

 

窒素の定圧比熱は1気圧=1013hPa(A)条件の場合、0℃で1043J/kg℃であり、50℃でも同値です。

それに対して水素(0℃:14193J/kg℃→50℃:14403 J/kg℃)、二酸化炭素(0℃:829J/kg℃→50℃:875 J/kg℃)、アンモニア(0℃:2144J/kg℃→50℃:2181 J/kg℃)、メタン(0℃:2181J/kg℃→50℃:2303 J/kg℃)等、大きなもので5%を超えるガスもあります。

では、早速、ブロンコストさんがWEBで提供している“FLUIDAT®on the Net”(以下FLUIDAT)を使って、二酸化炭素の0℃と50℃条件でのCF計算を行い、結果を比較してみよう。


181203_02

181203_03



FLUIDATの操作は簡単で、実ガス“Fluid from”に二酸化炭素=CO2を、校正基準とする流体として“Fluid to”で窒素=N2を選択し、各々の条件を入れます。
フルスケール流量(以下FS)100SCCMなのでMFM F-111B-100を選定します。

二酸化炭素の流体温度を0℃と50℃、窒素の流体温度は20℃固定として、その流量をSCCM=mln/min(Normal:ノルマル)、すなわち 0℃ 1013hPa(A)の体積流量に換算し表記しています。

CFは0℃で0.7685@100%FSですが、50℃では0.7301@100%FSまで変化しています。

 

窒素、FS100SCCM仕様のMFMで二酸化炭素を流して測定する際に、指示値が100SCCMであっても、流体温度が0℃なら76.85SCCM、50℃なら73.01SCCM、実際は流れているということになるのです。
FS100SCCMに対して3.84SCCMの差は大きいですね?

「マスフローメーカーのカタログ仕様を比較して、繰り返し性や精度に関しての議論をしている場合ではない!」と思えてきます。

このようなガスは、流量センサーでの温度差ΔT/定圧比熱Cpという流量式に対し、更に流体温度による補正が必要になります。

 

FLUIDATではデータ不足か?CF計算ができなかったのですが、温度でCFが劇的に変化するガスの代表はフッ酸(HF)です。

筆者の経験では常温から100℃の間で、なんと!0.33から1.00まで変化します。

「ちょっと待ってよ!」と言いたくなる差ですね。

その腐食性の強さがクローズアップされるフッ酸ですが、それ以上に熱式流量センサーを搭載するマスフローの天敵といってもいい流体な理由はこれです。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

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