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。

 

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。

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