熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用和選型

        熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)由于自身獨(dú)you的優(yōu)良特性正被越來(lái)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(cè)量場(chǎng)合。但是在這些應(yīng)用中也存在著許多問(wèn)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(duì)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生誤解，有的是盲目的認(rèn)為熱式流量計(jì)可以測(cè)量所有工況條件下的氣體，有的是對(duì)熱式流量計(jì)排斥和反對(duì)。本人這幾年致力于推廣和宣傳熱式氣體流量計(jì)產(chǎn)品，接觸了多個(gè)國(guó)內(nèi)國(guó)外品牌的流量計(jì)，也在實(shí)際推廣中碰到了許多應(yīng)用問(wèn)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(lái)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(jì)。我們將從三個(gè)方面來(lái)一一闡述：

一．正確認(rèn)識(shí)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)原理

    熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的起源是來(lái)自于熱式風(fēng)速計(jì)。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(cè)熱量的變化就能得到氣體的質(zhì)量流量。

     公式：H=m×Cp×ΔT

    測(cè)的熱量H，同時(shí)固定溫度差ΔT，對(duì)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?cè)趶奈⒂^上說(shuō)明為什么是氣體直接質(zhì)量流量測(cè)量。

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(guò)測(cè)量耗散的電功率直接獲得流過(guò)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?/p>

            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(guò)實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)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都有很好的線性。此外還具有快速響應(yīng)的能力。恒功率原理可以檢測(cè)較高的流速變化，在大流速應(yīng)用場(chǎng)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(shí)間相對(duì)于恒溫差較差。

二．正確認(rèn)識(shí)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)優(yōu)異性能

        一個(gè)好品質(zhì)的熱式流量計(jì)產(chǎn)品必須具備兩個(gè)zui主要的特點(diǎn)：好的探頭制造工藝和完整的實(shí)流標(biāo)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(jì)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(jì)的核心，它的性能優(yōu)劣可以決定流量計(jì)的測(cè)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(gè)就引出了所有熱式流量計(jì)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(shí)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(jì)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(dòng)。

        傳統(tǒng)的熱式質(zhì)量流量計(jì)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(shí)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(zhǎng)不斷增加， 使得輸出曲線呈下降趨勢(shì)，導(dǎo)致傳感器靈敏度降低，zui終影響了測(cè)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(shí)間的加長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生老化、龜裂等現(xiàn)象，zui終會(huì)導(dǎo)致傳感器的測(cè)量精度超差，且難以維持長(zhǎng)期精度。這樣的封裝和填料，短時(shí)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(wèn)題。右邊是美國(guó)SIERRA的熱式流量計(jì)探頭解刨圖，斯亞樂(lè)的速度傳感器是目前唯yi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)壁之間完美填充，且不使用有機(jī)物作為填料，而是鉑銥無(wú)機(jī)物。斯亞樂(lè)熱式流量計(jì)產(chǎn)品的靈敏度、重復(fù)性都達(dá)到*化，在任何時(shí)候速度傳感器內(nèi)填料都不會(huì)有裂縫產(chǎn)生，也不會(huì)有因龜裂而出現(xiàn)漂移的問(wèn)題，zui終ji大地提升了測(cè)量精度，*地維持了長(zhǎng)期精度。 SIERRA在熱式的zui核心部件上采用*的納米級(jí)絕緣性能的無(wú)機(jī)物填充，再通過(guò)高壓成型，使得納米級(jí)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(biāo)定技術(shù)：首先我們談一下熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定的重要性。前面我們說(shuō)過(guò)了熱式的測(cè)量原理，通過(guò)原理知道熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量與被測(cè)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(lái)得到高性能的流量計(jì)，這個(gè)還是不科學(xué)的。而且實(shí)事證明沒(méi)有實(shí)流標(biāo)定的流量計(jì)測(cè)量非空氣介質(zhì)，數(shù)據(jù)偏差很大。目前市場(chǎng)上熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)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(cè)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(cè)量精度無(wú)法保證。

三．正確選擇熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)

         有數(shù)據(jù)證明，在流量計(jì)量出現(xiàn)的故障幾率上，流量計(jì)選型不當(dāng)占大約70%，流量計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量或其他原因占30%，可見選型對(duì)流量計(jì)量是多么重要。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)用戶方特別要注意，自己不要選定某種型號(hào)流量計(jì)，除非你是選擇做為更換原有的流量計(jì)，將這個(gè)工作交給賣方，因?yàn)樗麄兪菍I(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(cè)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(jì)工作環(huán)境溫度，信號(hào)電源要求，精度等級(jí)，應(yīng)用在什么工藝上（是過(guò)程控制還是貿(mào)易計(jì)量），測(cè)量介質(zhì)干燥度和潔凈度如何。測(cè)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(chǎng)有條件的話，流量計(jì)選擇一體化。如果是分體，由于傳輸信號(hào)線纜是做為測(cè)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(cè)量探頭的電阻值很小，這個(gè)線纜的阻值勢(shì)必影響到電子線路的運(yùn)算和處理，再加上現(xiàn)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(cè)量氣體是非空氣的其他氣體介質(zhì)，建議選擇國(guó)外有實(shí)流標(biāo)定的熱式流量計(jì)產(chǎn)品，這個(gè)一定要切記。當(dāng)然除非您對(duì)測(cè)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(shì)，還是可以選擇那些低端的熱式流量計(jì)產(chǎn)品。對(duì)于低價(jià)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(jì)產(chǎn)品，有一個(gè)zui基本的成本是繞不開的，標(biāo)定一臺(tái)氣體流量計(jì)DN50以下的其標(biāo)定成本是1000元左右（各地計(jì)量院收費(fèi)不同，略有出入）。DN100以下是1500元。DN100以上，每一個(gè)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(jì)zui關(guān)鍵的是，要多學(xué)習(xí)，掌握測(cè)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(jì)產(chǎn)品。