热式质量流量计技术工艺发展分析

第一节 热式质量流量计基本生产技术、工艺或流程

热扩散技术是一种在苛刻条件下性能优良、可靠性高的技术，其典型传感元件包括两个热电阻（铂RTD），当这两个RTD被置于流体中时，其中一个被加热，另一个用于感应过程温度。两个RTD之间的温差与过程流速及过程介质的性质有关，保持该温差恒定，则电子单元加热RTD的能量与质量流量成函数关系。热式质量流量计的主要技术优势有：

1、真正的质量流量计。对气体流量测量无需温度和压力补偿，测量方便、准确。可得到气体的质量流量或标准体积流量。

2、大的量程比。可测量流速高至100Nm/s和低至0.1Nm/s。适于贸易结算或气体检漏。

3、数字化设计。整机数字化电路测量。测量准确、维护方便。

4、卓越的管理功能。可查询十年内的测量数据。

第二节 热式质量流量计新技术研发、应用情况

早期的热式产品设计者们在维持生产公差、温度跟踪及符合工业封装标准方面经历了很多挑战。这些挑战使得设计者们采用更牢固、生产上更具备一致性的热电阻（RTD）。基于热电阻的流量传感器很快被分类，并与早期的温差设备相关联，并且成为了热式流量传感器家族的一部分。

随着RTD的改进，生产商们更向倾于采用铂缠绕低质量型设计。随着时间的推移，生产技术向更小公差的方向演变，从而使得两个RTD的配对成为了控制上越来越严格的过程。

由于大部分现代化的热式设计是基于两个RTD之间的差值，因此RTD在构造上一定要一致。早期，FCI和其他一些厂家意识到了这一点，并且FCI设计出了第一个等质量传感器构造。这种传感器设计确保了传感元件在追踪过程变化的时候可以保持一贯性。等质量设计是一种突破性的进展，大大拓宽了热式传感原理的使用范围，使之在多种过程应用中有了用武之地。

随着制造技术、填充方法、热道时效及材料优化等方面的进步，产品的性能也有了逐步的提高。如今，FCI及其他采用最新RTD生产技术的公司，通过使用平版印刷蚀刻芯片RTD，真正避免了RTD间的生产公差，使得RTD的调整成为简单、可复制的步骤。因此，可以用极低的成本生产出高质量、易配对的RTD。这一进步直接推动了热式技术向更高性能更低成本的方向发展。

第三节 热式质量流量计国外技术发展现状

美国SiarGo是目前世界唯一生产具有自主知识产权，低功耗，超大量程MEMS气体质量流量计并使之产品化的厂商。其核心部件—流量芯片及其专利封装技术由公司自主研发，可用于各类气体及微流体（含液体）的流量和浓度的计量和测控。产品为全电子式，采用标准体积（质量）计量，具有超大量程、高精度、无可动部件、强大数据存储功能、压力损耗小、易于数据远传和网络化等特点。

艾默生过程管理将扩展高准ELITE®科里奥利仪表系列产品，用于小流量测量应用。新型高准仪表设计紧凑，可提供两种不同口径：2毫米和4毫米管径。流量范围为0.07lb/min到12lb/min（2kg/h到330kg/h）之间，其液体流量精度为+0.05%，气体流量精度为+0.35%，液体密度精度为+0.0005g/cc。

小流量应用通常需要在实际工作中具有高量程比且测量性能稳定的测量设备。同样，这些应用通常需要自排空且紧凑的仪表。新型高准ELITE科里奥利仪表恰恰就是针对上述挑战设计的。其性能稳定、坚固耐用，同时具有自排空、体积小和重量轻的特点。

新型高准ELITE仪表宽度小于2英寸（5毫米），适用于紧凑空间、重量只有9lbs（4千克）、无需特殊安装支架。全部产品标准配置二次安全外壳，采用316L不锈钢接液部件，传感器外壳具有抛光的316L表面和圆角。超高的可清洗性和抗腐蚀性使得该新型仪表成为卫生型应用和海上应用的理想之选。对于腐蚀性应用和高压应用，还可提供镍合金结构的高准科里奥利仪表，其额定压力达6000psi（413bar）。

新型高准ELITE科里奥利仪表的优点不仅在于其拥有最先进的传感器设计，而且在于其配备了功能强大的电子部件，能确保信号处理快速无噪声，从而提供最佳的两相流测量能力和空-满-空批量控制。这些仪表具有在线高准仪表自校验技术，一触按钮即可获得独家的真实完整的仪表性能评估（从电子部件到传感器）。新型高准ELITE科里奥利仪表配备4线或2线电子部件，以及多种模拟输出或数字协议，包括FF现场总线、ProfibusDP和DeviceNet。

所有高准科里奥利仪表单台既能可靠地测量质量流量、体积流量、密度和温度，也可以测量多种产品而无需重新标定。新型高准ELITE科里奥利仪表专为批量控制、配料、灌装和多种过程应用而设计，是石油和天然气、化工、食品和饮料、生命科学、制药以及OEM等行业的理想之选。为了覆盖整个小流量测量范围，高准LF系列科里奥利仪表可作为补充。该系列仪表的最小可测流量达0.002lb/min（0.06kg/h），是研究和试验工厂的理想之选。

第四节 热式质量流量计技术开发热点、难点分析

热式质量流量计技术开发热点和难度主要是测量误差和不确定性。表现在：

1、热式传感技术的一致性和稳定性。为保证热式气体质量流量计的检定/校准系统的测量不确定度优于0.5%，技术的关键在于不同的介质，同一种介质在不同的状态下的热传导系数都不同，充分探究出规律性的“修正模型”是具体项目开发研究的重要内容，也是确保检定/校准热式气体质量流量计系统的测量不确定度优于0.5%的关键所在。

2、标定数据收集和信号处理方面的技术。

3、扩大量程比的技术。

第五节 热式质量流量计未来技术发展趋势

随着工业的发展及市场的逐渐成熟，超声波流量计的应用会越来越广泛，在储存交接和财贸核算应用领域也更全面而广泛，其优越的使用性能已得到各方面的认可。随着市场的全面展开，其价格的市场调整会更趋于合理。另外，电磁流量计的应用在长时间内会有应有的市场份额，质量流量计和涡街流量计对流量计市场是一个完善的补充。而诸如孔板流量计等由于本身的缺点（诸如误差大等）今逐渐淡出市场。