选择热式气体质量流量计的要素有哪些

无论是进行工厂改造、工艺改进还是项目扩展，充分做好应用和安装方面的准备工作都将节省您的时间和费用，并确保*次成功。

如何正确地选择一台热式气体质量流量计呢？接下来的10个关键问题*先需要您了解、考虑，然后做出精确回答。准备好这10个问题的答案，有利于您和工程师、生产厂家、或者当地的代理商更有效的沟通。

1、安装精度需求是多少？

仅查阅制造商产品资料中的一般性说明是不够的。安装精度必须考虑到流量计本身的基本测量精度，加上标定（实标标定还是等效标定，参考下列描述）和气流扰动，以及气体和安装温度、流量计的温度补偿能力。

实际气体标定，还是等效气体标定？

任何情况下，热式气体质量流量计在实际的过程温度和过程压力条件下进行实际的气体标定，经常会拥有*佳的测量精度。当需要*佳的测量精度和重复性时，实际气体标定就是*好的解决方案。

然而，在某些情况下，实际气体标定可能并不实用、无法实现或者造价非常高，那么等效气体标定就成了**的选择。这些情况包括，但不限于，复杂的混合气体或者各种安全因素。

此外，在精度和重复性需求较差的应用中，使用替代气体（通常是空气）进行等效标定可能是一种可接受的、成本较低的替代方法。等效标定是基于理论计算，其精确性仍然存在很大的争议。如果只是为了节省采购价格，应当心产品是不是等效气体标定。信誉良好的制造商会在您订购之前，根据您指定的安装条件和标定过程，为您提供预期测量精度。

2、 被测量气体的类型是什么？

气体类型是空气、惰性气体，还是碳氢化合物气体（图1）？是单一气体还是混合气体？如果是混合气体，气体组分比例是多少？气体混合物会变化吗，如果改变，以什么比例改变？是纯净气体还是脏气体，如果是脏气体，是否可以确认并量化？气体是干燥的、雾状、还是湿气，是否能量化水分/湿气的含量？介质是否有腐蚀性？

图1 – 指定热式气体质量流量计时，需要清楚气体类型

干燥、清洁的气体，所有的测量技术可能都可以对其进行测量。但是如果气体是湿的，恒功率技术则已经被证明具有更好的优势。如果气体中存在液滴或者冷凝现象，目前有两家制造商可以提供解决方案：一家是提供一个300℃过热的传感元件，当液滴接触到传感元件之前或接触时使其快速蒸发；另一家则提供了一个机械分流物理装置，防止液滴或冷凝物接触到传感元件。

热式气体质量流量计的测量原理涉及由气体流动引起的热传递。气体中的任何水分或冷凝物接触到被加热传感器时，都可能导致突然、快速的传热变化，从而导致读数出现波动、跳变，造成不准确或不稳定的流量测量。恒温差（CT）测量原理的流量计对水滴特别敏感，而恒功率（CP）测量原理的流量计，由于其被加热的传感元件的温度比空气的露点稍微高一点，所以受湿气影响较小。

3、量程范围需求是多少？

热式气体质量流量计*引人注目的一个特点就是它拥有较宽的量程比（图2），多数、标准的量程比是100：1。不同的供应商和设计技术，流量测量能力有很大的不同。由于传感器加热功率的限制，CP测量原理要比CT测量原理的量程范围大的多。FCI拥有特殊的技术，*大量程比可以达到1000：1（300mps）。

4、需要的响应时间是多长？

虽然“响应速度越快越好”看起来是正确的选择，但是在流量测量中这不一定是正确的。如果热式气体质量流量计参与PID回路控制，响应过快会产生过多的阀门响应（颤振），从而导致无法实现稳定的流量控制或阀门过早故障。相反，如果响应太慢，控制阀的动作可能会延迟太多，从而无法达到预期的控制效果。此外，如果空气/气体中有任何夹带的湿气(例如，冷凝水滴)，当水滴接触到传感元件时，快速响应的热式气体质量流量计将产生非常不稳定的读数。

5、安装管道的类型和尺寸?

安装管道是圆形还是矩形管道？管道的内径和外径分别是多少？如果安装方式是插入式流量计，安装底座的尺寸是多少？是否需要加装球阀？以上这些都是重要的考虑因素，原因有三：一、小管径管道需要选择在线式流量计，而不是插入式；二、如果是插入式流量计，有单点或者多点平均解决方案可以推荐；三、确认传感器插入长度正确，以确保插入到适当的深度。（单点式流量计应用，传感器建议安装在管道的中心线上）（图3）

图3-1 小管径安装可能需要不同的过程连接

图3-2 超大管径安装，*初就明确了高温隔离、多尘、室外高空、Div.1/Zone 1Ex区域，以确保*次成功

6、合适的直管段长度是多少？

为了能使现场实际应用达到在实验室条件下标定的性能规范，热式气体质量流量计需要一个重复性高的流体剖面（图4）。正常情况下，上游需要连续的15 ~ 20倍直管段，下游需要连续的5 ~ 10倍直管段，才能保证可重复的流体剖面。毋庸置疑，这是流体动力学物理定律。如果没有足够长的直管段，信誉良好的制造商将提供精度降低的量化信息。此外，所有知名的制造商都能提供一些流体调整技术，确保在直管段不足的情况仍能保证流量计的精确、重复测量。

图4 – 考虑直管段长度要求和流体调整器

7、仪表安装区域的环境和条件要求是什么？

仪表是安装在室内、室外的屋檐下，还是完全暴露在室外（图5）？采用分体式结构将电子电路部分远传安装是否会对安装有利？遮阳板能遮蔽变送器和显示板吗？仪表封装IP或者NEMA类型是否满足或高于安装条件要求？

图5 – 室外强光直射，需要了解安装位置的环境条件

仪器是否会暴露在腐蚀性环境中（例如海水，高压或蒸汽冲击）？塑料外壳可以完好的存在吗？封装表面油漆会脱落吗，或者油漆脱落后铝制封装会钝化吗？碳钢封装是否会生锈？不锈钢封装是否值得改进投资？

仪表是否可能会暴露在工艺本身辐射热量的高温条件下运行，或者安装管道是否具有保温层？电子线路部分是否应该远离传感器元件，以避免暴露在工艺产生的过热辐射中？如果管道具有保温层，在计算传感器的插入深度时请将这段厚度和过程连接的高度一并考虑进去。

安装是否受到爆炸性气体的影响，是否获得Ex等级/区域的认证？如果是，需要什么认证等级，例如Div.1/Zone 1，Class I，Div.2/Zone 2等？如果是，需要提供哪个**批准的认证标准（例如FM、ATEX）？仪表的完整性认证是否获得批准？

8、需要什么类型的信号输出，有几种？

仅一路流量输出（4-20Ma）是否可以满足需求？如果期望同时具有温度输出，很多制造商会提供*二路温度输出信号。此外，一些制造商还会提供脉冲或频率输出。

或者，过程控制是否是基于总线通讯，例如HART，Modbus，FoundationFieldbus，PROFIBUS，BACnet，EtherNetIP或者其他协议？是否需要这些总线通讯的认证、注册信息，以确保成功集成？

将来，输出信号模式是否会改变？例如，将来是否会把流量计当前的4-20mA模拟量输出信号改变为总线通讯？如果是，请咨询流量计是否能够升级，如果可以升级，如何实现？输出模式改变方式大有不同：一些制造商可能会要求将流量计发回到工厂，一些可能具有现场升级工具包，或者，还有一些同时嵌入模拟输出和总线通讯，用户可以在现场自由选择。

9、需要用什么类型的过程连接？

流量计如何安装在管道内并被固定（图6）？仪表是否安装在或曾在带压状态下被缩回拔出，如果是，缩回长度是多少？一些制造商只提供有限的选择，而另一些制造商则能提供广泛的选择。

固定方式是什么：螺纹，法兰，卡套式，NPT或公制螺纹？等级要求是什么？是否需要填料密封或者在线带压安装？安装球阀是否对维护有帮助？还要考虑到非标准或特殊过程连接将增加成本并延长交货时间。

图6 – 过程连接方式是什么

10、是否需要特殊定制、认证或者文件？

在*初的考虑和应用适用性过程中，经常被忽视的是认证和资格要求，这往往超出了基本的流量计性能。这些文件可能包括压力测试、材质证明、溯源报告、PMI和焊接**。如果热式气体质量流量计被应用于安全仪表系统，是否具有SIL认证就是*好的验证（图7）。如果流量计被应用于排放检测（CEMS），是否需要增加特殊的性能（如校准检查例行程序）以符合当地的规定（如：US EPA,、欧洲QAL1等）。

总结

任何流量计的正确选择都需要您考虑一些变量和要素，热式气体质量流量计也不例外。由于技术、成本效益和*佳实践方面的不断改进，热式质量气体流量计已经是一种日益流行的主流技术。充分准备好这里列出的10个要素的答案，将花费您更少的时间来确定*适合的产品，并确保*次正确安装成功。