熱式氣體質(zhì)量流量計怎么選型

熱式氣體質(zhì)量流量計由于自身獨有的優(yōu)良特性正被越來(lái)越多的用戶(hù)認可和使用，現已應用在許多氣體流量測量場(chǎng)合。但是在這些應用中也存在著(zhù)許多問(wèn)題和誤區，許多生產(chǎn)廠(chǎng)家不負責任的宣傳誤導以及產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷使產(chǎn)品使用出現了許多障礙和盲區，造成許多用戶(hù)對熱式氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)生誤解，有的是盲目的認為熱式流量計可以測量所有工況條件下的氣體，有的是對熱式流量計排斥和反對。本人這幾年致力于推廣和宣傳熱式氣體流量計產(chǎn)品，接觸了多個(gè)國內國外品牌的流量計，也在實(shí)際推廣中碰到了許多應用問(wèn)題，積累了大量的案例，在總結這些案例，得到了一些自己的感悟，愿意拿出來(lái)和各位朋友分享。

 

本篇將從專(zhuān)業(yè)的角度為大家解答疑惑，幫助各行業(yè)的熱工人員正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計。我們將從三個(gè)方面來(lái)一一闡述：

 

一．正確認識熱式氣體質(zhì)量流量計原理

熱式氣體質(zhì)量流量計的起源是來(lái)自于熱線(xiàn)式風(fēng)速計。鉑電熱絲的溫度與流體流速的變化有一個(gè)比例關(guān)系：流速越快，帶走的熱量越多。下面簡(jiǎn)單說(shuō)明為什么通過(guò)檢測熱量的變化就能得到氣體的質(zhì)量流量。

公式：H=m×Cp×ΔT

測的熱量H，同時(shí)固定溫度差ΔT，對于固定比熱容Cp的氣體，就可以直接求得氣體的質(zhì)量流量m。

 

下面我們在從微觀(guān)上說(shuō)明為什么是氣體直接質(zhì)量流量測量。

如圖所示，氣體分子與加熱壁接觸完成熱傳導而帶走探針上的熱量。由于不同氣體分子帶走熱量的能力不一樣，所以在已知氣體分子導熱能力的情況下（Cp值已知），可以通過(guò)測量耗散的電功率直接獲得流過(guò)的氣體分子數（氣體分子數也就是質(zhì)量數），從而獲得氣體的質(zhì)量流量。

我們將公式：H=m×Cp×ΔT變換一下，可以得到：m=H/Cp×ΔT

其中：m是氣體質(zhì)量流量

H是補償的電功率大小

Cp是定壓比熱容，與氣體種類(lèi)有關(guān)

ΔT是兩探頭間的溫度差

從上面公式可以引申出兩種熱式原理：把分母的溫度差恒定，通過(guò)實(shí)時(shí)測量氣體帶走熱量H的大小來(lái)得到氣體的質(zhì)量流量，這就是目前市場(chǎng)上主流的恒溫差熱式。如果把分子的熱量H恒定，實(shí)時(shí)測量溫度差的大小來(lái)得到氣體質(zhì)量流量，就是恒功率熱式。

恒溫差原理具有非常好的的低流量特性，即使質(zhì)量流速低到0.1Nm/s都有很好的線(xiàn)性。此外還具有快速響應的能力。恒功率原理可以檢測較高的流速變化，在大流速應用場(chǎng)合有非常好的表現力，但低流速特性不如恒溫差，其次響應時(shí)間相對于恒溫差較差。

 

二．正確認識熱式氣體質(zhì)量流量計優(yōu)異性能

一個(gè)好品質(zhì)的熱式流量計產(chǎn)品必須具備兩個(gè)最主要的特點(diǎn)：好的探頭制造工藝和完整的實(shí)流標定裝置。我們分別來(lái)分析這兩大特點(diǎn)：

 

a.探頭制造工藝:前面我們談了熱式流量計的原理，我們從原理上可以看出探頭是整個(gè)熱式氣體質(zhì)量流量計的核心，它的性能優(yōu)劣可以決定流量計的測量精度、重復性、使用壽命、低流速特性。探頭是由鉑金電阻絲、護套不銹鋼組成。鉑金電熱絲導電，護套不銹鋼也導電，這就要求他們之間的填隙物必須要導熱性能非常好，但是又不能導電。這個(gè)就引出了所有熱式流量計的核心——加熱探針的填隙材料及封裝工藝：

填隙層越厚，雖然絕緣性好了，但是導熱的性能就差，且溫度的靈敏性也差，同時(shí)響應滯后。填隙物如果是有機物，容易老化導致填料出現裂縫，流量計就表現為零點(diǎn)漂移。填隙物內如果有微小的空氣，由于此探針一直處于加熱狀態(tài)，微小的空氣膨脹，引起零點(diǎn)波動(dòng)。

傳統的熱式質(zhì)量流量計加熱的速度傳感器封裝于不銹鋼管探針端部，并在傳感器和不銹鋼管內壁之間灌注混合物。該混合物必須電絕緣的同時(shí)又保證較小的熱阻，一般為環(huán)氧樹(shù)脂、陶制水泥、耐熱膏脂或者氧化鋁粉、氧化鎂粉等。這些采用如上填料的“濕”傳感器存在一些缺陷：比如它的表面熱阻會(huì )隨使用時(shí)間的加長(cháng)不斷增加， 使得輸出曲線(xiàn)呈下降趨勢，導致傳感器靈敏度降低，最終影響了測量精度。“濕”傳感器的填充物由于與速度傳感器的熱膨脹系數不同，隨著(zhù)使用時(shí)間的加長(cháng)會(huì )產(chǎn)生老化、龜裂等現象，最終會(huì )導致傳感器的測量精度超差，且難以維持長(cháng)期精度。這樣的封裝和填料，短時(shí)間看不出區別，但是半年一年后就可以發(fā)現重復性變差、零飄等問(wèn)題。右邊是美國SIERRA的熱式流量計探頭解刨圖，斯亞樂(lè )的速度傳感器是目前全球唯一的一種真正的“干”的傳感器。它獨特的封裝工藝使得速度傳感器與不銹鋼內壁之間完美填充，且不使用有機物作為填料，而是鉑銥無(wú)機物。斯亞樂(lè )熱式流量計產(chǎn)品的靈敏度、重復性都達到最優(yōu)化，在任何時(shí)候速度傳感器內填料都不會(huì )有裂縫產(chǎn)生，也不會(huì )有因龜裂而出現漂移的問(wèn)題，最終極大地提升了測量精度，極好地維持了長(cháng)期精度。 SIERRA在熱式的最核心部件上采用獨特的納米級絕緣性能的無(wú)機物填充，再通過(guò)高壓成型，使得納米級的填料更加致密，確保十年不會(huì )有零漂。兩種不同的封裝技術(shù)也成就了不一樣品質(zhì)的產(chǎn)品。

 

b.實(shí)流標定技術(shù)：首先我們談一下熱式氣體質(zhì)量流量計實(shí)流標定的重要性。前面我們說(shuō)過(guò)了熱式的測量原理，通過(guò)原理知道熱式氣體質(zhì)量流量計測量與被測氣體介質(zhì)的熱導性能有很大的關(guān)系，每一種氣體介質(zhì)的比熱容在不同溫度和壓力的數值是不一樣的。如果單純依靠常壓或者負壓空氣標定，然后修正的方式來(lái)得到高性能的流量計，這個(gè)還是不科學(xué)的。而且實(shí)事證明沒(méi)有實(shí)流標定的流量計測量非空氣介質(zhì)，數據偏差很大。目前市場(chǎng)上熱式氣體質(zhì)量流量計大都采用開(kāi)路的負壓空氣標定，然后修正到高壓力工況，或者修正到其他氣體，比如氬氣、二氧化碳、氧氣、氫氣、氨氣等等。修正標定必然導致測量精度不能保證，低壓標定后的表應用在高壓工況，空氣介質(zhì)標定后的表應用在其他氣體介質(zhì)，測量精度無(wú)法保證。

 

三．正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計

有數據證明，在流量計量出現的故障幾率上，流量計選型不當占大約70%，流量計產(chǎn)品質(zhì)量或其他原因占30%，可見(jiàn)選型對流量計量是多么重要。熱式氣體質(zhì)量流量計用戶(hù)方特別要注意，自己不要選定某種型號流量計，除非你是選擇做為更換原有的流量計，最好將這個(gè)工作交給賣(mài)方，因為他們是專(zhuān)業(yè)的。你只需要提供盡可能完整的工況數據和一些技術(shù)要求。比如流量范圍（建議流量單位采用標方），測量的介質(zhì)，管道的口徑，管道的材質(zhì)，工作壓力，工作溫度，是否要求防爆，流量計工作環(huán)境溫度，信號電源要求，精度等級，應用在什么工藝上（是過(guò)程控制還是貿易計量），測量介質(zhì)干燥度和潔凈度如何。測量混合氣體流量，一定要提供各介質(zhì)的占比百分比值。最后提醒一句：現場(chǎng)有條件的話(huà)，流量計選擇一體化。如果是分體，由于傳輸信號線(xiàn)纜是做為測量橋路的一部分，本身是有阻值的，不管做的如何出色，由于測量探頭的電阻值很小，這個(gè)線(xiàn)纜的阻值勢必影響到電子線(xiàn)路的運算和處理，再加上現場(chǎng)環(huán)境的影響，阻值會(huì )產(chǎn)生漂移。如果非要選擇分體的，建議這個(gè)分體距離選擇要越短越好。如果測量氣體是非空氣的其他氣體介質(zhì)，建議選擇國外有實(shí)流標定的熱式流量計產(chǎn)品，這個(gè)一定要切記。當然除非您對測量的數據要求低，不在乎偏差多少，僅僅是看一下流量趨勢，還是可以選擇那些低端的熱式流量計產(chǎn)品。對于低價(jià)傾銷(xiāo)的產(chǎn)品，自己多留心。算算基本的成本看是否是能保障產(chǎn)品質(zhì)量的流量計產(chǎn)品，有一個(gè)最基本的成本是繞不開(kāi)的，標定一臺氣體流量計DN50以下的其標定成本是1000元左右（各地計量院收費不同，略有出入）。DN100以下是1500元。DN100以上，每一個(gè)管徑規格增加標定成本大約1000元左右。正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計最關(guān)鍵的是，要多學(xué)習，掌握測量原理和產(chǎn)品的性能，和產(chǎn)品廠(chǎng)家業(yè)務(wù)人員多做深入交流，明辨各品牌的特點(diǎn)。才能立足自我，正確選擇符合自己要求的熱式氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)品。