下列何種氣體流量計只能測單向氣體流量?
詳細解析
本題觀念:
本題考各類氣體流量計的方向測量能力,關鍵在於辨別哪種設計只能測單向氣流。Fleisch pneumotachograph 因其平行毛細管束的非對稱入口設計,屬於只能測單向的類型。
選項分析
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(A) Metal screen pneumotachograph → 可測雙向 Metal screen(金屬篩網)型氣流計使用一片平坦對稱的金屬絲網作為阻力元件,氣流從兩側通過的條件相同,差壓轉換器可感測正向或反向壓差,因此能測量雙向氣流。
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(B) Fleisch pneumotachograph → 只能測單向 ✓ Fleisch 型使用大量平行排列的毛細管束(capillary tube bundle),其入口端有收縮段將氣流整流為層流後導入管束。這個設計是單向的——只有從正確方向進入才能在毛細管內維持層流條件,使壓差與流量呈 Poiseuille 定律的線性關係。若氣流反向通過,失去入口整流效果,管束內難以維持層流,線性關係被破壞,量測不準確。因此 Fleisch 型只標定單一方向使用。
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(C) Nonvortex ultrasonic pneumotachograph → 可測雙向 Nonvortex(穿越時間/transit-time)型超音波流量計藉由比較上游→下游 vs 下游→上游的音波傳播時間差來計算流速。順流加速、逆流減速,天然能判定方向,所以可測量雙向氣流。
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(D) Variable orifice pneumotachograph → 可測雙向 Variable orifice(可變孔口)型使用彈性薄膜或活瓣,氣流推動時孔口面積隨之改變。由於彈性元件的物理特性,從兩個方向施加氣流都能產生對應的壓差信號,文獻證實其在 ±10 L/min 範圍內具有「excellent bidirectionality」。
答案解析
答案選 (B)。各型流量計的方向能力取決於其物理結構的對稱性:
- 對稱結構(metal screen、variable orifice)→ 雙向
- 穿越時間原理(nonvortex ultrasonic)→ 天然雙向
- 非對稱管束入口(Fleisch)→ 只能單向
Fleisch 型因為依賴入口端整流段將亂流轉為層流再進入毛細管,此設計具方向性,反向時無法保證層流條件,所以只標定單向使用。
核心知識點
- Fleisch 型 = 平行毛細管 + 非對稱入口整流 = 單向
- Metal screen 型 = 對稱篩網 = 雙向
- Variable orifice 型 = 彈性元件 = 雙向
- Nonvortex ultrasonic = transit-time 原理 = 雙向
- 另外 vortex ultrasonic 也是只能測單向(渦流頻率不反映方向)