Comparison
Mass Flow vs Volumetric Flow ต่างกันอย่างไร? เลือกใช้แบบไหนดีสำหรับงานของคุณ
Key Differences, Physics Principles & How to Choose the Right Measurement
โดย Vows Craft Team
พฤษภาคม 2569
อ่านประมาณ 8 นาที
อัปเดตล่าสุด: พฤษภาคม 2569
นิยามและหน่วยของแต่ละแบบ
Volumetric Flow Rate วัดปริมาตรของสารที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลา ค่าที่ได้เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิและแรงดัน | Mass Flow Rate วัดมวลของสารที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลา ค่าที่ได้คงที่ไม่ขึ้นกับสภาวะ
Volumetric Flow Rate measures volume per unit time and varies with temperature and pressure | Mass Flow Rate measures mass per unit time and remains constant regardless of process conditions.
Volumetric Flow Rate
วัดปริมาตรของสารที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลา
ปริมาตรของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและแรงดัน ณ ขณะนั้นตามกฎของแก๊สอุดมคติ (PV = nRT) ดังนั้นค่าที่วัดได้จึงเปลี่ยนแปลงตามสภาวะ แม้ปริมาณโมเลกุลจริงจะเท่ากัน
Mass Flow Rate
วัดมวลของสารที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลา
มวลของสารคงที่ตามกฎการอนุรักษ์มวล ไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิหรือแรงดัน ทำให้ค่าที่ได้สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงในทุกสภาวะ และสอดคล้องกับ Stoichiometry ของปฏิกิริยาเคมี
| คุณสมบัติ |
Volumetric Flow |
Mass Flow |
| วัดอะไร |
ปริมาตรต่อเวลา |
มวลต่อเวลา |
| หน่วยทั่วไป (แก๊ส) |
L/min, m³/hr, CFM |
g/s, kg/hr, SCCM, SLM |
| หน่วยทั่วไป (ของเหลว) |
L/min, GPM, m³/hr |
kg/hr, g/min |
| เปลี่ยนตามอุณหภูมิ |
● ใช่ (แก๊ส) |
● ไม่เปลี่ยน |
| เปลี่ยนตามแรงดัน |
● ใช่ (แก๊ส) |
● ไม่เปลี่ยน |
| เหมาะกับ |
ของเหลว, แก๊สที่ อุณหภูมิและความดันคงที่ |
แก๊ส, งานที่ อุณหภูมิและความดันเปลี่ยนมาก |
หลักการเชิงฟิสิกส์: ทำไม Volumetric Flow จึงเปลี่ยนตามอุณหภูมิและความดัน
หลักการที่อธิบายความแตกต่างระหว่าง Volumetric Flow และ Mass Flow อยู่ที่กฎของแก๊สอุดมคติ (Ideal Gas Law) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน ปริมาตร จำนวนโมล และอุณหภูมิของแก๊สครับ
กฎของแก๊สอุดมคติ (Ideal Gas Law)
PV = nRT
P = แรงดัน (Pa) | V = ปริมาตร (m³) | n = จำนวนโมล | R = ค่าคงที่แก๊ส (8.314 J/mol·K) | T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K)
จัดรูปใหม่: V = nRT / P
นั่นหมายความว่า เมื่อ n (จำนวนโมล) คงที่:
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น >> V เพิ่มขึ้น (แก๊สขยายตัว)
เมื่อความดันเพิ่มขึ้น >> V ลดลง (แก๊สถูกอัด)
ดังนั้น Volumetric Flow Rate = ṁ × RT / (M × P)
โดยที่ ṁ = Mass Flow Rate และ M = มวลโมเลกุลของแก๊ส
ผลของอุณหภูมิและความดันต่อ Volumetric Flow
จากสมการ Volumetric Flow Rate = ṁ × RT / (M × P) จะเห็นว่า Volumetric Flow Rate แปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (T) และแปรผกผันกับความดัน (P) ในขณะที่ Mass Flow Rate (ṁ) คงที่
กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่ความดันคงที่ แก๊สจะขยายตัวทำให้ Volumetric Flow Rate เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์ โดยที่ปริมาณโมเลกุลที่ไหลผ่านต่อหน่วยเวลาไม่เปลี่ยนแปลง ในทางกลับกัน เมื่อความดันเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ แก๊สจะถูกอัดให้มีปริมาตรน้อยลง ส่งผลให้ Volumetric Flow Rate ลดลงตามสัดส่วนของความดัน ทั้งสองกรณีนี้ Mass Flow Rate ยังคงเท่าเดิม
ตัวอย่างเช่น N₂ ที่ Volumetric Flow Rate 10 L/min ที่ 20°C และ 1 bar หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 100°C ที่ความดันเดิม Volumetric Flow Rate จะเพิ่มขึ้นเป็น 10 × (373/293) = 12.73 L/min หรือเพิ่มขึ้นประมาณ 27% เพียงเพราะอุณหภูมิเปลี่ยน ในขณะที่ Mass Flow Rate ยังคงเท่าเดิมทุกประการ ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่งาน Process Control ที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันในกระบวนการต้องใช้ Mass Flow แทน Volumetric Flow ครับ
นัยสำคัญสำหรับงาน Process Control
ในกระบวนการผลิตที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงระหว่าง Upstream และ Downstream เช่น ก่อนและหลัง Heat Exchanger ถ้าวัด Volumetric Flow ที่จุดเดียว แล้วนำไปใช้ที่อีกจุดหนึ่ง ค่าที่คำนวณได้จะผิดพลาดตามสัดส่วนของ Absolute Temperature ทันที ซึ่งอาจส่งผลต่อ Process Balance และคุณภาพผลิตภัณฑ์ได้โดยตรงครับ
เปรียบเทียบโดยตรง: ข้อดีข้อเสีย
Volumetric Flow
ข้อดี
- วัดง่าย อุปกรณ์ราคาถูกกว่า
- เหมาะกับของเหลว Incompressible
- ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย
- เพียงพอสำหรับงาน อุณหภูมิและความดันคงที่
ข้อเสีย
- ค่าเปลี่ยนตามอุณหภูมิและความดัน
- ต้องชดเชยถ้าต้องการความแม่นยำ
- ไม่เหมาะกับแก๊สที่ อุณหภูมิและความดันเปลี่ยนมาก
- ไม่ตรงกับ Stoichiometry ปฏิกิริยาเคมี
Mass Flow
ข้อดี
- ค่าคงที่ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิหรือความดัน
- ตรงกับ Stoichiometry ปฏิกิริยาเคมี
- เหมาะกับงาน Combustion, Mixing
- มาตรฐานเดียวกันข้ามทุกสภาวะ
ข้อเสีย
- อุปกรณ์แพงกว่า
- ซับซ้อนกว่า ต้องการ Calibration
- MFC แบบ Thermal ต้องรู้ชนิดแก๊ส
- ต้องระวังความชื้นในระบบ
กรณีที่ Volumetric Flow เพียงพอ
Volumetric Flow เพียงพอสำหรับงานที่อุณหภูมิและแรงดันคงที่ หรืองานที่ใช้ของเหลว Incompressible โดยไม่จำเป็นต้องลงทุนในอุปกรณ์ Mass Flow ที่มีความซับซ้อนและราคาสูงกว่าครับ
ของเหลว Incompressible
น้ำและของเหลวทั่วไปในระบบ Cooling หรือ Process
ของเหลวเช่นน้ำแทบไม่ขยายหรือหดตัวตามแรงดัน ดังนั้น Volumetric Flow จึงสัมพันธ์โดยตรงกับมวลที่ไหลผ่าน ตราบใดที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลงมากจนส่งผลต่อ Density ของเหลวอย่างมีนัยสำคัญ (เช่น ไม่เกิน 10°C ต่างกัน)
ระบบที่ อุณหภูมิและความดันคงที่
แก๊สในระบบที่ควบคุมอุณหภูมิและความดัน อย่างเคร่งครัด
ถ้าระบบสามารถรักษาอุณหภูมิและแรงดันให้คงที่ได้ตลอดเวลา Volumetric Flow ก็สัมพันธ์กับ Mass Flow โดยตรงผ่านค่า Density คงที่ เช่น ห้อง Lab ที่ควบคุมอุณหภูมิ 25°C แรงดัน 1 bar ตลอดเวลา
งาน Monitoring ทั่วไป
ตรวจสอบการไหลเพื่อ Alarm หรือ Trending
งานที่มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบว่ามีการไหลเกิดขึ้นหรืออยู่ในช่วงปกติ โดยไม่ต้องการค่าแม่นยำระดับสูง Volumetric Flow Meter มีราคาต่ำกว่าและเพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์นี้
กรณีที่ต้องใช้ Mass Flow
ปฏิกิริยาเคมีและ Stoichiometry
CVD, Combustion, Chemical Synthesis
ปฏิกิริยาเคมีขึ้นกับจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้น ไม่ใช่ปริมาตร เนื่องจาก Mass Flow แปรผันตรงกับจำนวนโมล จึงเป็นตัวเลือกเดียวที่ถูกต้องสำหรับงานที่ต้องการสัดส่วนสารแม่นยำ
การผสมแก๊สหลายชนิด
Gas Blending, Specialty Gas Mixture
การผสมแก๊สในสัดส่วนโมลแม่นยำต้องใช้ Mass Flow เสมอ เพราะแก๊สต่างชนิดมี Density ต่างกัน ถ้าวัด Volumetric Flow แล้วสัดส่วนปริมาตรเท่ากัน แต่สัดส่วนโมลจะไม่เท่ากันหากแก๊สมีมวลโมเลกุลต่างกัน
Custody Transfer
ซื้อขายแก๊สเชิงพาณิชย์, การวัดที่มีผลทางกฎหมาย
การซื้อขายแก๊สในเชิงพาณิชย์ต้องวัดตาม Mass หรือ Standard Volume ที่อ้างอิงสภาวะมาตรฐานชัดเจน เพราะถ้าวัดเป็น Actual Volume ที่อุณหภูมิต่างกัน ค่าที่ได้จะต่างกันตามสภาวะอากาศ ทำให้เกิดข้อพิพาทได้
High Pressure / High Temperature Process
ระบบที่ อุณหภูมิหรือความดันเปลี่ยนแปลงมากตลอดกระบวนการ
เช่น กระบวนการ Hydrogenation ที่แรงดัน 50-200 bar หรือระบบที่มี Heat Exchanger ในกระบวนการ ถ้าวัด Volumetric Flow ก่อนและหลัง Exchanger จะได้ค่าต่างกันมากทั้ง ๆ ที่ Mass Flow เท่ากัน
Standard Conditions: ปัญหาที่คนมักสับสน
หน่วย Standard Flow เช่น SCCM และ SLM อ้างอิงสภาวะมาตรฐาน (Standard Conditions) ซึ่งแต่ละมาตรฐานสากลกำหนดอุณหภูมิและแรงดันอ้างอิงไว้ต่างกัน ส่งผลให้ค่า Flow ที่คำนวณได้แตกต่างกันแม้จะวัด Mass จริงเท่ากันครับ
ISO 13443
0°C
1.01325 bar
มาตรฐานสากล นิยมในยุโรป และอุตสาหกรรม Natural Gas
NIST / SEMI
20°C
1.01325 bar
นิยมใน Semiconductor Industry และ MFC ส่วนใหญ่จาก USA
DIN 1343
0°C
1.01325 bar
มาตรฐานเยอรมัน ใช้ในอุตสาหกรรม German-origin
ความผิดพลาดที่เกิดจากใช้ Standard ต่างกัน
ถ้า MFC หนึ่งตัว Calibrate ที่ 0°C (ISO) และอีกตัว Calibrate ที่ 20°C (NIST) ค่า Flow ที่แสดงจะต่างกันถึง (293/273) – 1 = ~7.3% แม้ Mass จริงที่ไหลผ่านเท่ากัน ดังนั้นเมื่อสั่ง MFC หรืออ่าน Spec ต้องถามให้ชัดว่าใช้ Standard Condition แบบไหนครับ
สูตรแปลงระหว่าง Standard Conditions
Flow (Standard 2) = Flow (Standard 1) × (T_std2 / T_std1) × (P_std1 / P_std2)
ตัวอย่าง: แปลง 100 SCCM (ISO, 0°C, 1 atm) >> SCCM (NIST, 20°C, 1 atm)
Flow (NIST) = 100 × (293.15 / 273.15) × (1 / 1) = 107.3 SCCM (NIST)
ตารางสรุป: สถานการณ์ >> เลือกแบบไหน
| สถานการณ์ |
แนะนำ |
เหตุผล |
| วัด Flow น้ำในระบบ Cooling |
● Volumetric |
ของเหลว Incompressible อุณหภูมิและความดันคงที่ ไม่ต้องการความซับซ้อน |
| ควบคุมสัดส่วนแก๊สใน CVD |
● Mass Flow |
ปฏิกิริยาขึ้นกับจำนวนโมเลกุล อุณหภูมิในห้องปฏิกิริยาสูงมาก |
| วัด Flow แก๊สก่อน Furnace |
● Mass Flow |
แก๊สจะขยายตัวมากเมื่อเข้า Furnace Volumetric ไม่น่าเชื่อถือ |
| Monitor Flow น้ำมันหล่อเย็น |
● Volumetric |
ของเหลว ต้องการแค่ Alarm ว่า Flow ปกติหรือไม่ |
| ซื้อขาย Natural Gas |
● Mass Flow |
Custody Transfer ต้องการหน่วย Standard ที่ไม่ขึ้นกับสภาวะอากาศ |
| ผสมแก๊สหลายชนิดในสัดส่วนแม่นยำ |
● Mass Flow |
แก๊สต่างชนิด Density ต่างกัน ต้องใช้ Mass เพื่อได้สัดส่วนโมลถูกต้อง |
| วัด Flow ลมอัดในโรงงาน (อุณหภูมิและความดันคงที่) |
● ทั้งสองแบบ |
ถ้า อุณหภูมิและความดันคงที่ Volumetric เพียงพอ แต่ถ้าต้องการ Energy Audit ใช้ Mass แม่นยำกว่า |
| Combustion Efficiency Monitoring |
● Mass Flow |
อัตราส่วน Fuel/Air ที่ถูกต้องต้องอิงโมล ไม่ใช่ปริมาตร |
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
น้ำวัดด้วย Volumetric Flow ได้ไหม หรือต้องใช้ Mass Flow?
สำหรับน้ำที่อุณหภูมิปกติ (20–60°C) Volumetric Flow เพียงพอในงานส่วนใหญ่ครับ เพราะน้ำเป็น Incompressible Fluid และ Density เปลี่ยนน้อยมากในช่วงอุณหภูมินั้น อย่างไรก็ตาม ถ้าอุณหภูมิน้ำสูงกว่า 80°C ขึ้นไป Density เริ่มเปลี่ยนนัยสำคัญ ควรพิจารณาใช้ Mass Flow หรือชดเชย Density ครับ
Compressed Air ในโรงงานควรใช้ Mass หรือ Volumetric Flow?
ขึ้นกับวัตถุประสงค์ครับ ถ้าต้องการแค่ Monitor ว่ามี Flow ผ่านหรือไม่ >> Volumetric เพียงพอ | ถ้าต้องการทำ Energy Audit คำนวณต้นทุนการผลิตลมอัด หรือตรวจหา Leak Loss อย่างแม่นยำ >> Mass Flow ให้ค่าที่ถูกต้องกว่า เพราะ Compressed Air มีแรงดันสูงและ Density สูงกว่าอากาศปกติมากครับ
Standard Flow กับ Actual Flow ต่างกันอย่างไร?
Actual Flow (หรือ Actual Volumetric Flow) คือค่าที่วัดได้จริง ณ สภาวะอุณหภูมิและแรงดัน ณ จุดนั้น | Standard Flow คือค่าที่แปลงกลับมาที่สภาวะมาตรฐานอ้างอิง (เช่น 0°C, 1 atm) เพื่อให้เปรียบเทียบได้ในสภาวะต่าง ๆ กัน ในงาน Flow Measurement มักรายงานค่า Standard Flow เพราะสื่อสารได้ชัดเจนกว่าครับ
ถ้ามีแค่ Volumetric Flow อยากได้ Mass Flow ทำได้ไหม?
ได้ครับ โดยใช้สูตร Mass Flow = Volumetric Flow × Density ของสาร ณ สภาวะนั้น อย่างไรก็ตาม ต้องทราบ Density ที่แม่นยำ ซึ่งต้องวัดหรือคำนวณจากอุณหภูมิและแรงดัน ณ ขณะนั้นด้วย สำหรับแก๊สอุดมคติใช้ ρ = PM/(RT) โดย M คือมวลโมเลกุลของแก๊สครับ
ต้องการปรึกษาการเลือกอุปกรณ์วัด Flow สำหรับงานของคุณ?
ทีม Vows Craft พร้อมให้คำแนะนำด้านอุปกรณ์วัดและควบคุมการไหล
บอกเราถึงชนิดสาร สภาวะอุณหภูมิและความดัน และความต้องการ เราจะช่วยเลือกให้ตรงจุด
ขอรับคำปรึกษาฟรี
ดูสินค้าของเรา
