有關pneumotachograph 的敘述,下列何者錯誤?
詳細解析
本題觀念:
本題綜合考各類 pneumotachograph(氣流速度計)的特性,尤其聚焦 vortex ultrasonic flowmeter 的方向限制以及 Fleisch 型的適用條件。
選項分析
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(A) Vortex ultrasonic flowmeter 不受氣體溫度、密度及黏滯性影響 → 正確 Vortex 超音波流量計是利用渦流脫落頻率來計算流速,此頻率主要與流速和 bluff body 幾何有關,不受氣體物性(溫度、密度、黏度)顯著影響。
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(B) Vortex ultrasonic flowmeter 可測量吸氣及呼氣的雙向氣流 → 錯誤 ✗ Vortex 型超音波流量計只能測量單向氣流。其原理是偵測氣流通過鈍體後產生的 von Karman 渦流脫落頻率,該頻率只反映流速大小,不反映流向。不論氣體從哪邊流入,都會產生渦流,因此無法區分吸氣或呼氣方向。能測雙向氣流的是 nonvortex(穿越時間)型超音波流量計。
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(C) Fleisch pneumotachograph 測量層流較準確 → 正確 Fleisch pneumotachograph 的設計基礎就是 Poiseuille's Law(泊肅葉定律),透過大量平行毛細管將氣流轉為層流,使壓差與流量呈線性關係。在層流條件下測量最為準確;若出現亂流則線性關係破壞,準確度下降。
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(D) Ultrasound pneumotachograph 是利用都卜勒效應之原理 → 正確 超音波流量計利用音波在流動氣體中傳播速度的改變(Doppler 效應延伸概念)來測量流速。
答案解析
答案選 (B)。Vortex ultrasonic flowmeter 因為是靠偵測渦流頻率來測流速,頻率只跟速率有關、跟方向無關,所以只能做單向測量。要能測雙向氣流(吸氣+呼氣),必須使用 nonvortex(transit-time)型超音波流量計。
核心知識點
- Vortex 型 = 渦流頻率偵測 = 方向盲 = 只測單向
- Nonvortex 型 = 穿越時間差 = 可辨方向 = 測雙向
- Fleisch 型 = 平行毛細管 + Poiseuille's Law = 層流下線性最佳
- 超音波流量計不受氣體物性影響(共同優點)