最全面的气体质量流量计指南：原理、功能与选型技巧

2025-11-08

这是一份关于气体质量流量计的全面指南，涵盖了其原理、核心功能和关键的选型技巧。

气体质量流量计全面指南

一、核心原理：如何直接测量质量流量？

与测量体积流量再进行换算的传统流量计不同，质量流量计能直接测出气体的质量流量（单位如：kg/h, g/min, SLM）。这主要基于两大主流原理：

热式原理
- 工作原理：基于金斯定律。传感器包含两个测温元件，一个被加热，另一个感知气体温度。气体流过时会带走热量，导致加热元件温度变化。温度差与气体的质量流量成函数关系。
- 核心优势：直接测量质量流量，无需温压补偿；灵敏度高，尤其擅长测量低流速和微小流量。
- 主要类型：浸入式/探杆式、插入式、旁通式。
科里奥利原理
- 工作原理：U形或直形测量管在振动。气体流经时会产生科里奥利效应，导致测量管发生微小的相位扭曲或形变。这个形变量与流过的气体质量成正比。
- 核心优势：精度极高（可达±0.1%）；直接测量真实质量流量，不受气体物性（如密度、压力、温度）变化影响；可同时测得密度。
- 缺点：对振动敏感；压损相对较大；初始成本较高。

二、核心功能与优势

直接输出质量流量：无需额外的温度、压力传感器和计算单元，简化系统构成，降低成本并提高精度。
高精度与宽量程比：普遍精度在±1%读数左右，高端型号可达更高。量程比宽，能适应从极低到高的流量变化。
低流量灵敏度：尤其热式流量计，对微小流量的测量能力出色。
数字化与通讯：支持多种输出（4-20mA、脉冲）和通讯协议（HART、Profibus、Modbus等），便于集成到控制系统中。

三、关键选型技巧：七步锁定最佳型号

明确气体介质
- 必须清楚知道测量何种气体（如空气、N₂、O₂、Ar、CO₂等）。
- 关键点：气体的具体组分。混合气体需提供精确比例，因为比热容等物性会变化。
确定流量范围
- 这是最重要的一步。提供最大、最小和常用流量。
- 黄金法则：常用流量应落在流量计量程的 50% - 80% 之间，以确保最佳精度和响应。
确认工况条件
- 工作压力与温度：提供气体的实际压力和温度范围，确保流量计能承受。
- 环境温度：安装环境的温度范围。
确定精度要求
- 区分“满量程精度”和“读数精度”。首选“读数精度”，它在低流量时更具优势。
- 例如：±1% FS 在100 SLM量程下，测量10 SLM时误差可能高达±1 SLM（即10%）；而±1% 读数在此刻误差仅为±0.1 SLM。
选择安装方式与接口
- 管道尺寸：小口径（<DN50）可选管段式；大口径可选插入式，成本更低。
- 接口类型：根据现场管道选择，如NPT、G螺纹、法兰、卡箍等。
- 安装方向：大部分热式流量计对安装方向有要求，需水平安装以避免对流影响，请严格遵守手册。
评估输出与电源需求
- 需要模拟输出（4-20mA）还是数字通讯（RS485/Modbus）？是否需要继电器报警输出？
- 现场供电是24VDC还是220VAC？
考虑特殊功能与要求
- 防爆要求：在危险区域（如化工、煤矿）使用时，必须选择具有相应防爆认证（如Ex d、Ex ia）的型号。
- 材质兼容性：确保流量计接液部件（如传感器、壳体）的材质与您的气体兼容，无腐蚀风险。