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ボリュームフロー(体積流量)とマスフロー(質量流量)

Bronkhorstのガス用サーマルマスフローメータ・コントローラの流量範囲は、ln/min, sccm, m3n/hなどの単位で指定されます。これらの単位は体積単位のように見えますが、実際にはマスフローの表現です。これの背景は下記の通りです。

1リットルのシリンダーがあり、それが重量を無視できる可動式ピストンによって閉じられているとします。 このシリンダーには周囲圧力(約0.1 MPa(a))にて1リットルの空気が入っています。0℃でのこの空気の重量は1.293 gであり、これは質量です。

volume flow vs mass flow

ピストンをシリンダーの底に半分動かすと、空気の入った容積は半分の½リットルになります。圧力はおよそ0.2 MPa(a)になりますが、中の空気が足されたり減らされたりしていないので質量は変化せず、1.293 gです。

この例を踏まえると、マスフローは実際にはg/h, mg/sなどの質量単位で表されるべきです。しかし、多くのユーザーは流量を容積単位で考え、仕事をしています。実際には、質量が容積に換算される条件が合意されていれば問題ありません。ヨーロッパの定義では、温度0℃および圧力101.325 kPa(a)を基準とし、使用される単位(mln/min, m3n/h)に下付きの文字「n」を付けて示される「ノルマル」基準条件を選択します。

代わりに、温度20℃および圧力101.325 kPa(a)を基準状態とする場合は、使用される体積単位(mls/min, m3s/h)に下付きの文字「s」を付けて示される「スタンダード」基準条件を用いることもあります。これらの違いを考慮しないと、7%の誤差につながるため注意が必要です。

アメリカ合衆国の定義では、sccm, slm, scfhのように接頭辞「s」を付け、これは圧力101.325 kPa(a)(14.6959 psia)および温度0℃(32°F)を意味します。

容積測定装置は、可変面積式流量計(VAメータ)またはタービン流量計のように、温度または圧力の変化を識別することができません。 マスフロー測定には、これらのパラメータ用の追加のセンサと、これらのプロセス条件の変動を補正するコンピュータが必要になります。サーマル式マスフローメータは、温度や圧力の変化にほとんど影響されません。

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