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气体热式质量流量计应用与选型介绍
发布时间:2018/1/23 16:55:06 点击:

   关于气体热式质量流量计应用与选型你知道多少?下面我们就来介绍一下。

    一.正确认识热式气体质量流量计原理

    热式气体质量流量计的起源是来自于热线式风速计。铂电热丝的温度与流体流速的变化有一个比例关系:流速越快,带走的热量越多。下面简单说明为什么通过检测热量的变化就能得到气体的质量流量。

     公式:H=m×Cp×ΔT

    测的热量H,同时固定温度差ΔT,对于固定比热容Cp的气体,就可以直接求得气体的质量流量m。

    下面我们在从微观上说明为什么是气体直接质量流量测量。

 

如图所示,气体分子与加热壁接触完成热传导而带走探针上的热量。由于不同气体分子带走热量的能力不一样,所以在已知气体分子导热能力的情况下(Cp值已知),可以通过测量耗散的电功率直接获得流过的气体分子数(气体分子数也就是质量数),从而获得气体的质量流量。

我们将公式:H=m×Cp×ΔT变换一下,可以得到:m=H/Cp×ΔT

      其中:m是气体质量流量

            H是补偿的电功率大小

            Cp是定压比热容,与气体种类有关

            ΔT是两探头间的温度差

    从上面公式可以引申出两种热式原理:把分母的温度差恒定,通过实时测量气体带走热量H的大小来得到气体的质量流量,这就是目前市场上主流的恒温差热式。如果把分子的热量H恒定,实时测量温度差的大小来得到气体质量流量,就是恒功率热式。

    恒温差原理具有非常好的的低流量特性,即使质量流速低到0.1Nm/s都有很好的线性。此外还具有快速响应的能力。恒功率原理可以检测较高的流速变化,在大流速应用场合有非常好的表现力,但低流速特性不如恒温差,其次响应时间相对于恒温差较差。

     二.正确认识热式气体质量流量计优异性能

     一个好品质的热式流量计产品必须具备两个最主要的特点:好的探头制造工艺和完整的实流标定装置。我们分别来分析这两大特点:

a.探头制造工艺:前面我们谈了热式流量计的原理,我们从原理上可以看出探头是整个热式气体质量流量计的核心,它的性能优劣可以决定流量计的测量精度、重复性、使用寿命、低流速特性。探头是由铂金电阻丝、护套不锈钢组成。铂金电热丝导电,护套不锈钢也导电,这就要求他们之间的填隙物必须要导热性能非常好,但是又不能导电。这个就引出了所有热式流量计的核心——加热探针的填隙材料及封装工艺:

    填隙层越厚,虽然绝缘性好了,但是导热的性能就差,且温度的灵敏性也差,同时响应滞后。填隙物如果是有机物,容易老化导致填料出现裂缝,流量计就表现为零点漂移。填隙物内如果有微小的空气,由于此探针一直处于加热状态,微小的空气膨胀,引起零点波动。

    传统的热式质量流量计加热的速度传感器封装于不锈钢管探针端部,并在传感器和不锈钢管内壁之间灌注混合物。该混合物必须电绝缘的同时又保证较小的热阻,一般为环氧树脂、陶制水泥、耐热膏脂或者氧化铝粉、氧化镁粉等。这些采用如上填料的“湿”传感器存在一些缺陷:比如它的表面热阻会随使用时间的加长不断增加, 使得输出曲线呈下降趋势,导致传感器灵敏度降低,最终影响了测量精度。“湿”传感器的填充物由于与速度传感器的热膨胀系数不同,随着使用时间的加长会产生老化、龟裂等现象,最终会导致传感器的测量精度超差,且难以维持长期精度。这样的封装和填料,短时间看不出区别,但是半年一年后就可以发现重复性变差、零飘等问题。右边是美国SIERRA的热式流量计探头解刨图,斯亚乐的速度传感器是目前全球唯一的一种真正的“干”的传感器。它独特的封装工艺使得速度传感器与不锈钢内壁之间完美填充,且不使用有机物作为填料,而是铂铱无机物。斯亚乐热式流量计产品的灵敏度、重复性都达到最优化,在任何时候速度传感器内填料都不会有裂缝产生,也不会有因龟裂而出现漂移的问题,最终极大地提升了测量精度,极好地维持了长期精度。 SIERRA在热式的最核心部件上采用独特的纳米级绝缘性能的无机物填充,再通过高压成型,使得纳米级的填料更加致密,确保十年不会有零漂。两种不同的封装


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