ISO 6145-7-2009 Gas analysis - Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods - Part 7 Thermal mass-flow controllers《气体分析 用动态容量法制备校准气体.pdf

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1、 Numro de rfrence ISO 6145-7:2009(F) ISO 2009NORME INTERNATIONALE ISO 6145-7 Deuxime dition 2009-04-01Analyse des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriques dynamiques Partie 7: Rgulateurs thermiques de dbit massique Gas analysis Preparation of calibration gas mix

2、tures using dynamic volumetric methods Part 7: Thermal mass-flow controllers ISO 6145-7:2009(F) PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne doit pas

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7、-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en Suisse ii ISO 2009 Tous droits rservsISO 6145-7:2009(F) ISO 2009 Tous droits rservs iii Som

8、maire Page Avant-propos. iv 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives 1 3 Termes et dfinitions 2 4 Principe 2 5 Configuration 2 5.1 Gnralits 2 5.2 Rgulateur thermique de dbit massique utilisant un gnrateur de courant constant 2 5.3 Rgulateur thermique de dbit massique oprant temprature constant

9、e. 3 6 Prparation de mlanges de gaz. 4 6.1 Description du mode opratoire exprimental 4 6.2 Zone de validit. 6 6.3 Conditions de fonctionnement 7 7 Calculs . 7 7.1 Fraction volumique. 7 7.2 Sources dincertitude . 7 7.3 Incertitude de mesure. 8 Annexe A (informative) Prmlanges gazeux utiliss pour la p

10、rparation de mlanges fortement dilus 9 Annexe B (informative) Conseils pratiques. 10 Annexe C (informative) Calcul des incertitudes 12 Bibliographie 15 ISO 6145-7:2009(F) iv ISO 2009 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganis

11、mes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales

12、et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directiv

13、es ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moin

14、s des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur

15、existence. LISO 6145-7 a t labore par le comit technique ISO/TC 158, Analyse des gaz. Cette deuxime dition annule et remplace la premire dition (ISO 6145-7:2001). Lors de llaboration de la premire dition, on a suppos que chaque rgulateur thermique de dbit massique serait configur pour tre utilis sa

16、performance optimale et lincertitude de la mthode a t estime sur cette base. On a donc t particulirement prudent dans la prsente dition et du texte a t ajout pour indiquer clairement que la mthode ne doit pas tre applique, par exemple, pour constituer un mlange deux constituants 10:1 en utilisant de

17、ux rgulateurs thermiques de dbit massique ayant un domaine de travail identique mais dont lun fonctionne son maximum, disons de 1 000 ml/min, et lautre 100 ml/min. Dans la premire dition, cette disposition indispensable a t brivement mentionne uniquement dans une annexe informative; elle a maintenan

18、t t dveloppe et formule de faon plus explicite dans une partie normative. La division de lArticle 3 initial en deux articles, lun (Article 4) dfinissant le principe et lautre (Article 5) prsentant une explication supplmentaire destine lutilisateur, constitue une autre mise jour importante. Ce dernie

19、r article comporte maintenant galement les exigences ncessaires. Lintroduction de deux nouvelles rfrences bibliographiques pertinentes amliore la comprhension de lAnnexe B. Enfin, certaines fautes de frappe ont t corriges. LISO 6145 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Analys

20、e des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriques dynamiques: Partie 1: Mthodes dtalonnage Partie 2: Pompes volumtriques Partie 4: Mthode continue par seringue dinjection Partie 5: Dispositifs dtalonnage par capillaires Partie 6: Orifices critiques Partie 7: Rgulat

21、eurs thermiques de dbit massique Partie 8: Mthode par diffusion ISO 6145-7:2009(F) ISO 2009 Tous droits rservs v Partie 9: Mthode par saturation Partie 10: Mthode par permation Partie 11: Gnration lectrochimique LISO 6145-3 intitule Injections priodiques dans un flux gazeux a t supprime. NORME INTER

22、NATIONALE ISO 6145-7:2009(F) ISO 2009 Tous droits rservs 1 Analyse des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriques dynamiques Partie 7: Rgulateurs thermiques de dbit massique 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 6145 fait partie dune srie de Normes inte

23、rnationales qui traitent des mthodes volumtriques dynamiques utilises pour la prparation des mlanges de gaz pour talonnage. La prsente partie spcifie une mthode de production continue de mlanges de gaz pour talonnage au moins deux constituants, partir de gaz purs ou dautres mlanges de gaz, en utilis

24、ant les rgulateurs thermiques de dbit massique disponibles sur le march. Si cette mthode est employe pour la prparation de mlanges de gaz pour talonnage, la performance optimale est la suivante: lincertitude largie relative de mesurage, U, obtenue en multipliant lincertitude type compose par un fact

25、eur dlargissement k = 2, nest pas suprieure 2 %. Si lon utilise des gaz mlangs au pralable la place des gaz purs, il est possible dobtenir des fractions molaires infrieures 10 6 . Le mesurage du dbit massique ntant alors pas suffisamment prcis, le rgulateur de dbit doit faire lobjet dun talonnage in

26、dpendant. Cette mthode a pour principal mrite de permettre la prparation en continu dun mlange de gaz en grande quantit ainsi que de rendre la prparation de mlanges plusieurs constituants aussi simple que celle de mlanges ne comptant que deux constituants, condition dutiliser le bon nombre de rgulat

27、eurs thermiques de dbit massique. NOTE Des systmes permettant le mlange des gaz partir de rgulateurs thermiques de dbit massique existent dans le commerce, certains offrant la possibilit dinformatiser et dautomatiser les commandes. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispe

28、nsables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence (y compris les ventuels amendements) sapplique. ISO 6143, Analyse des gaz Mthodes comparatives pour la dtermination et la vrifica

29、tion de la composition des mlanges de gaz pour talonnage ISO 6145-1:2003, Analyse des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriques dynamiques Partie 1: Mthodes dtalonnage ISO 7504, Analyse des gaz Vocabulaire ISO 6145-7:2009(F) 2 ISO 2009 Tous droits rservs3 Termes

30、et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dans lISO 7504 sappliquent. 4 Principe La production continue de mlanges de gaz pour talonnage au moins deux constituants, partir de gaz purs ou dautres mlanges de gaz, en utilisant les rgulateurs thermiques de dbit ma

31、ssique disponible sur le march, est dcrite. Le rglage des points de consigne sur les rgulateurs de dbit des valeurs prdtermines permet de modifier rapidement et de manire continment variable la composition du mlange de gaz. En choisissant des combinaisons appropries de rgulateurs thermiques de dbit

32、massique et en utilisant des gaz purs, il est possible de faire varier dun facteur de 1 000 la fraction volumique du constituant cibl dans le gaz de complment. 5 Configuration 5.1 Gnralits Pour prparer le mlange de gaz, chaque constituant gazeux sort du rgulateur thermique de dbit massique talonn un

33、 dbit contrl connu et pression constante. Utiliser des dbitmtres prcis lors du mesurage des dbits afin dobtenir une mesure acceptable de lincertitude, quel que soit le rglage du rgulateur de dbit massique (voir galement lISO 6145-1:2003, Tableau 1). Un rgulateur thermique de dbit massique est consti

34、tu dune unit de mesurage du dbit massique et dune vanne de mlange commande lectronique (voir galement les Rfrences 1 et 2). 5.2 Rgulateur thermique de dbit massique utilisant un gnrateur de courant constant Le dbit gazeux traverse un dispositif de chauffage raccord un gnrateur de courant constant, d

35、eux capteurs mesurant la temprature en amont et en aval du dispositif de chauffage. La Figure 1 prsente le principe dun rgulateur thermique de dbit massique: dispositif de chauffage, capteurs de temprature et circuits qui leur sont associs. Les deux capteurs de temprature, situs lun en amont lautre

36、en aval du dispositif de chauffage, forment les deux bras du circuit du pont de Wheatstone, rgl pour afficher zro en labsence de dbit. Lorsquun flux gazeux passe dans le circuit, une diffrence de temprature, T, se cre entre les deux capteurs, produisant un flux calorifique, , donn par: pm cT q = (1)

37、 o c pest la capacit thermique par unit de masse, ou capacit thermique molaire, du gaz pression constante; q mest le dbit massique. ISO 6145-7:2009(F) ISO 2009 Tous droits rservs 3Lgende 1 capteur de temprature 1 2 capteur de temprature 2 3 dispositif de chauffage 4 alimentation en gaz 5 alimentatio

38、n lectrique 6 pont de Wheatstone 7 amplificateur diffrentiel 8 affichage du signal Figure 1 Principe dun rgulateur thermique de dbit massique avec gnrateur de courant constant La diffrence de temprature entre les capteurs conduit une diffrence de potentiel dans le circuit du pont de Wheatstone et do

39、nc un signal. Le signal est compar une tension de rfrence rglable dans un amplificateur diffrentiel. Le signal de sortie qui en rsulte actionne son tour une vanne de rgulation qui rgle le dbit du gaz. 5.3 Rgulateur thermique de dbit massique oprant temprature constante Dans ce systme (voir Figure 2)

40、, le gaz traverse trois dispositifs de chauffage monts en srie, chacun deux tant raccord lun des bras du pont de Wheatstone autorgulateur. Au lieu de mesurer une diffrence de temprature, la tension lentre de chaque dispositif de chauffage est rgle de faon obtenir une rpartition uniforme de la tempra

41、ture le long du flux de gaz. Le courant la sortie du pont de Wheatstone est proportionnel la perte calorifique et donc au dbit massique du gaz. Le signal de sortie est nouveau utilis pour actionner la vanne solnode permettant de rguler le dbit massique. ISO 6145-7:2009(F) 4 ISO 2009 Tous droits rser

42、vsLgende 1 dispositif de chauffage 1 2 dispositif de chauffage 2 3 dispositif de chauffage 3 4 alimentation en gaz 5 alimentation lectrique 6 pont de Wheatstone 7 amplificateur diffrentiel 8 affichage du signal Figure 2 Rgulateur thermique de dbit massique oprant temprature constante La prparation d

43、e mlanges plusieurs constituants implique gnralement lutilisation dun rgulateur de dbit massique par constituant. Il existe des rgulateurs deux canaux qui peuvent tre utiliss pour prparer des mlanges deux constituants ou encore des mlanges dair avec un gaz donn. 6 Prparation de mlanges de gaz 6.1 De

44、scription du mode opratoire exprimental La Figure 3 reprsente schmatiquement le systme permettant la prparation des mlanges deux constituants. La pression et la temprature doivent tre enregistres au moment de ltalonnage. En fonction des gaz mlanger et du fait quils ne sont pas parfaits, la pression

45、et la temprature ambiantes peuvent avoir une certaine incidence sur la fraction volumique. Au moment de ltalonnage de lanalyseur, il convient que la pression et la temprature soient aussi proches que possible de celles prvalant au moment du contrle des rgulateurs thermiques de dbit massique selon la

46、 mthode comparative de lISO 6143 (voir 7.3). Les concentrations des mlanges de gaz pour talonnage sont normalement exprimes en fractions volumiques mais des spcifications de prcision des fabricants concernant les rgulateurs thermiques de dbit massique sont exprimes en pourcentage de la pleine chelle

47、 de linstrument. Lincertitude largie ISO 6145-7:2009(F) ISO 2009 Tous droits rservs 5 relative de 2 % mentionne dans le domaine dapplication de la prsente partie de lISO 6145 correspond 2 % de la fraction volumique du composant dtalonnage dans le mlange. Cette valeur suppose une utilisation optimale de chaque rgulateur thermique de dbit massique dans le systme, ce qui sig