知識||熱式氣體質(zhì)量流量計的應(yīng)用和選型

　　熱式氣體質(zhì)量流量計由于自身的優(yōu)良特性正被越來越多的用戶認(rèn)可和使用，現(xiàn)已應(yīng)用在許多氣體流量測量場合。但是在這些應(yīng)用中也存在著許多問題和誤區(qū)，許多生產(chǎn)廠家不負(fù)責(zé)任的宣傳誤導(dǎo)以及產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷使產(chǎn)品使用出現(xiàn)了許多障礙和盲區(qū)，造成許多用戶對熱式氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)生誤解，有的是盲目的認(rèn)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，接觸了多個國內(nèi)國外品牌的流量計，也在實際推廣中碰到了許多應(yīng)用問題，積累了大量的案例，在總結(jié)這些案例，得到了一些自己的感悟，愿意拿出來和各位朋友分享。
 

　　本篇將從專業(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。我們將從三個方面來一一闡述：
 

　　一.正確認(rèn)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自于熱線式風(fēng)速計。鉑電熱絲的溫度與流體流速的變化有一個比例關(guān)系：流速越快，帶走的熱量越多。下面簡單說明為什么通過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。
 

　　下面我們在從微觀上說明為什么是氣體直接質(zhì)量流量測量。
 

　　圖片
 

　　如圖所示，氣體分子與加熱壁接觸完成熱傳導(dǎo)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?dú)怏w分子導(dǎo)熱能力的情況下(Cp值已知)，可以通過測量耗散的電功率直接獲得流過的氣體分子數(shù)(氣體分子數(shù)也就是質(zhì)量數(shù))，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(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮?br /> 

　　Cp是定壓比熱容，與氣體種類有關(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，通過實時測量氣體帶走熱量H的大小來得到氣體的質(zhì)量流量，這就是目前市場上主流的恒溫差熱式。如果把分子的熱量H恒定，實時測量溫度差的大小來得到氣體質(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都有很好的線性。此外還具有快速響應(yīng)的能力。恒功率原理可以檢測較高的流速變化，在大流速應(yīng)用場合有非常好的表現(xiàn)力，但低流速特性不如恒溫差，其次響應(yīng)時間相對于恒溫差較差。
 

　　二.正確認(rèn)識熱式氣體質(zhì)量流量計優(yōu)異性能
 

　　一個好品質(zhì)的熱式流量計產(chǎn)品必須具備兩個主要的特點(diǎn)：好的探頭制造工藝和完整的實流標(biāo)定裝置。我們分別來分析這兩大特點(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(fù)性、使用壽命、低流速特性。探頭是由鉑金電阻絲、護(hù)套不銹鋼組成。鉑金電熱絲導(dǎo)電，護(hù)套不銹鋼也導(dǎo)電，這就要求他們之間的填隙物必須要導(dǎo)熱性能非常好，但是又不能導(dǎo)電。這個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(dǎo)熱的性能就差，且溫度的靈敏性也差，同時響應(yīng)滯后。填隙物如果是有機(jī)物，容易老化導(dǎo)致填料出現(xiàn)裂縫，流量計就表現(xiàn)為零點(diǎn)漂移。填隙物內(nèi)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。
 

　　傳統(tǒng)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(nèi)壁之間灌注混合物。該混合物必須電絕緣的同時又保證較小的熱阻，一般為環(huán)氧樹脂、陶制水泥、耐熱膏脂或者氧化粉、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隨使用時間的加長不斷增加，使得輸出曲線呈下降趨勢，導(dǎo)致傳感器靈敏度降低，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(shù)不同，隨著使用時間的加長會產(chǎn)生老化、龜裂等現(xiàn)象，終會導(dǎo)致傳感器的測量精度超差，且難以維持長期精度。這樣的封裝和填料，短時間看不出區(qū)別，但是半年一年后就可以發(fā)現(xiàn)重復(fù)性變差、零飄等問題。右邊是美國SIERRA的熱式流量計探頭解刨圖，斯亞樂的速度傳感器是目前全球的一種真正的“干”的傳感器。它*的封裝工藝使得速度傳感器與不銹鋼內(nèi)壁之間填充，且不使用有機(jī)物作為填料，而是鉑銥無機(jī)物。斯亞樂熱式流量計產(chǎn)品的靈敏度、重復(fù)性都達(dá)到*化，在任何時候速度傳感器內(nèi)填料都不會有裂縫產(chǎn)生，也不會有因龜裂而出現(xiàn)漂移的問題，大地提升了測量精度，地維持了長期精度。SIERRA在熱式的核心部件上采用*的納米級絕緣性能的無機(jī)物填充，再通過高壓成型，使得納米級的填料更加致密，確保十年不會有零漂。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.實流標(biāo)定技術(shù)：先我們談一下熱式氣體質(zhì)量流量計實流標(biāo)定的重要性。前面我們說過了熱式的測量原理，通過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(dǎo)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(shù)值是不一樣的。如果單純依靠常壓或者負(fù)壓空氣標(biāo)定，然后修正的方式來得到高性能的流量計，這個還是不科學(xué)的。而且實事證明沒有實流標(biāo)定的流量計測量非空氣介質(zhì)，數(shù)據(jù)偏差很大。目前市場上熱式氣體質(zhì)量流量計大都采用開路的負(fù)壓空氣標(biāo)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(biāo)定必然導(dǎo)致測量精度不能保證，低壓標(biāo)定后的表應(yīng)用在高壓工況，空氣介質(zhì)標(biāo)定后的表應(yīng)用在其他氣體介質(zhì)，測量精度無法保證。
 

　　三.正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計
 

　　有數(shù)據(jù)證明，在流量計量出現(xiàn)的故障幾率上，流量計選型不當(dāng)占大約70%，流量計產(chǎn)品質(zhì)量或其他原因占30%，可見選型對流量計量是多么重要。熱式氣體質(zhì)量流量計用戶方特別要注意，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，好將這個工作交給賣方，因為他們是專業(yè)的。你只需要提供盡可能完整的工況數(shù)據(jù)和一些技術(shù)要求。比如流量范圍(建議流量單位采用標(biāo)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(yīng)用在什么工藝上(是過程控制還是貿(mào)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。后提醒一句：現(xiàn)場有條件的話，流量計選擇一體化。如果是分體，由于傳輸信號線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，這個線纜的阻值勢必影響到電子線路的運(yùn)算和處理，再加上現(xiàn)場環(huán)境的影響，阻值會產(chǎn)生漂移。如果非要選擇分體的，建議這個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)，建議選擇國外有實流標(biāo)定的熱式流量計產(chǎn)品，這個一定要切記。當(dāng)然除非您對測量的數(shù)據(jù)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。對于低價傾銷的產(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，有一個基本的成本是繞不開的，標(biāo)定一臺氣體流量計DN50以下的其標(biāo)定成本是1000元左右(各地計量院收費(fèi)不同，略有出入)。DN100以下是1500元。DN100以上，每一個管徑規(guī)格增加標(biāo)定成本大約1000元左右。正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計關(guān)鍵的是，要多學(xué)習(xí)，掌握測量原理和產(chǎn)品的性能，和產(chǎn)品廠家業(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。