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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*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(jì)產(chǎn)生誤解,，有的是盲目的認(rèn)為熱式流量計(jì)可以測量所有工況條件下的氣體,，有的是對熱式流量計(jì)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(jì)產(chǎn)品,，接觸了多個(gè)國內(nèi)國外品牌的流量計(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(jì),。我們將從三個(gè)方面來一一闡述：
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)的起源是來自于式風(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(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,。
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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)間相對于恒溫差較差。
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，zui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(shí)間的加長會(huì)產(chǎn)生老化、龜裂等現(xiàn)象,，zui終會(huì)導(dǎo)致傳感器的測量精度超差,，且難以維持長期精度。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、零飄等問題,。右邊是美國SIERRA的熱式流量計(jì)探頭解刨圖,，斯亞樂的速度傳感器是目前*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(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)漂移的問題,，zui*大地提升了測量精度,，*地維持了長期精度。 SIERRA在熱式的zui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(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(jì)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(jì),，這個(gè)還是不科學(xué)的,。而且實(shí)事證明沒有實(shí)流標(biāo)定的流量計(jì)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(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(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,，應(yīng)用在什么工藝上（是過程控制還是貿(mào)易計(jì)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,。zui后提醒一句：現(xiàn)場有條件的話，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(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(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(jì)產(chǎn)品,。