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石英毛细管的质流控制(Mass Flow Control, MFC)

发布日期:2009-12-07      信息来源:admin

    由于石英毛细管具备的优点,使其被广泛用于高精度控制液体和气体流速。最常见的应用领域是质流控制(Mass Flow Control, MFC).


  • 毛细管光滑内表面能导致稳定的层流状态和很好的遵守泊肃叶(Poiseuille)定律(公式3-1),因此可以准确预测流速。
  • 毛细管的流速可以通过改变毛细管内径ID或全长来调节。Polymicro可以提供各种不同内径的毛细管,可供用户用来选择最适合的流速需求。
  • 毛细管很容易切割,可供用户自由地通过长度的调整来控制流速。
  • Polymicro的紧密公差可以提供尺寸的一致性,包括同一批次和批次之间的一致性。
  • 石英毛细管如果小心处理,可以有优良的强度和耐久性。加上耐高温性和化学稳定性,石英毛细管可以在苛刻和严格的环境下使用。
  • 石英毛细管经常被用在分流装置中,LC/MS接口就是典型例子。

    石英毛细管能可靠用于任何需要稳定、重现的流体或气体流速的控制领域。使用一段适当长度和ID的毛细管,加上控制其它主要参数(粘度和压力降), 就会产生固定的流速限定。



石英毛细管流速的评估


    粘性流体通过固定长度和ID的石英毛细管时,流体存在阻力。只要雷诺数(Reynolds Number)小于2000,流体被认为是牛顿型(Newtonian),可以用一个简单的公式来描述。在这种条件下,最大流速是在中心区,管壁附近的流体趋向于保持几乎是静止不动的状态。按照粘度来说,流体的阻力R与圆管半径r的关系如下:


                           R = 8·η·L/(π·r2)                                                             (3-1)


    这里,η为粘度系数,L为长度。粘度系数的SI单位是泊(poise),公认是法国物理学家泊肃叶(Jean Poiseuille,1797~1869)推导出该公式。


    从上式可看到,阻力与管路内部半径的平方成反比。例如,将内径200mm的毛细管换成100mm,意味着流体阻力增加4倍。


    从3-1式推出Poiseuille定律,即毛细管的流速取决于压力降,更重要的是,流速与毛细管ID相关,见下式:


                           F =π·r4 ·ΔP / (8·η·L)                                                         (3-2)


    流速F(有时用V表示),与半径的4次方成正比,即半径变化2倍,流速就变化16倍。3-3式提供了容易使用的流速F公式(mL/min):


                            F = (r4·DP) / (η·L) ·1.625×10-8                (3-3)


    这里,半径(r)单位是mm,压力降(DP)的单位是psi,粘度系数(η) 的单位是cp,长度(L)单位是cm.

作者:admin