气体采样流量计 大气采样流量计 粉尘采样流量计

质量流量控制器传感器采用微机械加工技术，实现微小流量测量，其特点是可靠性高、重复性好，压损小，无可动部件，量程比宽，响应时间较快，测量精度高，无需要温度压力补偿，广泛应用于轻工化工环保及半导体等工业部门的空气、氧气、氩气、氮气等气体的检测和控制。

工作原理：

感热式芯片技术是采用大规模集成电阻的工作，在芯片上，一个微热源及分别处于微热源上下游的温度传感器集成在采用MEMS的*工艺制作的镂空桥面上，采用这这样的桥式方式制作有利于热传导，使动态响应时间大大提高，当传感器工作时，微热源与环境温度之间保持一定的温差（通常是70℃），在芯片周围形成固定的温度场分布，如果气体是单向流动，则在气道中温度场可用下述公式来计算:

式中：气体流动方向为ｘ，速度为ｖ，ａ为扩散率。如上图（式）所示，当气体流过芯片时，将会带走热量，通过质量流量qm和电压V的对应关系来计算流体的质量流量。

产品特点：

·产品集成度高，集瞬间流量显示、累计流量显示和信号输出一体，并可实现自动调节、控制阀门

·微流量感热式传感器采用大规模集成电路生产技术和材料加工技术，使流量计的微流量测量灵敏度显著提升

·微小流量气体测量，ml/min级的微流量测控，实现微小流量测量的数字化

·单个芯片的流量特性的微处理技术，使流量计的量程范围大大提高

·机电一体化优化设计，智能化的数据处理技术，使流量计具有更好的重复性，实现了计量的准确、可靠

·结构的优化，流量计的压力损失达到蕞小化

·采用国际的传感技术，使流量计工作更稳定、可靠

·零点自校功能，测量更准确

·多种气体实际标定，全量程补偿

·快速响应、数据自动存储，配合上位机可实现网络集中管理

·规格齐全，量程范围宽，可根据用户要求单独标定

·精度等级高，满足用户高精度测量要求

·的流量计报警功能，使监控更可靠

·操作、设置界面友好、简便，可根据需要自行设定相关参数

·运用行业多，是科研院所、分析仪表行业、半导体行业、光伏行业、玻璃镀膜、石油化工行业微小气体流量控制产品升级换代的优选

技术参数：

·测量介质：各种气体（乙炔气和混合气体除外）

·测量管径：DN3，6，8，10

·流量范围：30，60，80，100，300，600，800，1000sccm；10，20，30，50，80，100SLPM

·流量测量准确度：±1.5%FS；±2.5%FS

·工作温度范围：-25℃-55℃

·工作压力范围：0.3MPa，0.6MPa，1.0MPa

·供电电源：24VDC±10%；

·输出信号：4-20mA，RS485通讯；

·环境温度：-25℃-55℃

·显示位数：瞬时流量为三位，累积流量10位。

外观尺寸：

气体小流量标准装置研制：

当前气体小流量的检测设备还存在着体积庞大、测量范围不足等缺陷。为了弥补这些缺陷，北京市计量检测科学研究院气体流量实验室设计了一套气体流量标准装置，用于苏州华陆大气采样器、转子流量计、皂膜流量计和等微小气体流量仪器仪表的检测和量传。该套标准装置为次级标准装置，次级标准装置是通过原级标准装置(钟罩、皂膜管、音速喷嘴等)进行量值传递的。气体小流量标准装置是原级标准装置和工作用流量计的中间环节，具有体积小巧、量程宽泛和适用多种气体检测等优点。近年来北京的环境保护工作和医疗服务质量都得到了显著提高，环境保护和医疗服务中所用到的大气采样器、粉尘采样器和等都涉及到气体小流量的计量问题。本文介绍了气体小流量计量发展的特点及需求，提出建立一套多介质气体小流量标准装置。结合实际需求，确定采用标准表法原理，根据设计指标需求及原理提出了整体初步设计方案，并进行了不确定度分析。

1 装置原理及构成

流量标准装置分为原级标准装置和次级标准装置。如钟罩式气体流量标准装置、pVTt气体流量标准装置等即为原级标准装置。原级标准装置是依据流量的基本定义，通过标准量器或衡器等作为容积V或质量m的度量设备，从而得到体积流量或质量流量。原级标准装置一般是离线的，建立在实验室或某些固定场所。次级标准装置也称传递标准，是通过原级标准装置进行量值传递的。它是原级标准装置和工作用流量计的中间环节。本次设计的气体小流量标准装置就是次级标准装置，具有体积小巧、量程宽泛和适用多种气体检测等优点。

气体小流量标准装置以苏州华陆毛细管热式气体质量流量计和热式气体质量流量控制器(以下简称热式气体质量流量计和HLMFM06热式气体质量流量控制器)为核心。顾名思义，热式气体质量流量计的传感器是由一根热传导优良的很细的薄壁管(毛细管)和缠绕在毛细管上的两个温度传感器和加热器组成，如图1所示。通常加热器置于两个温度传感器之间，构成白热源和气流上游温度传感器(T1)与气流下游温度传感器(T2)组成的传感器部件。

1.上游温度传感器T1;2.下游温度传感器T2;3.上游温度传感器(带加热器);4.下游温度传感器(带加热器);5.恒定电源;6.加热器;7.桥路;8.放大器;9.流量信号输出

在实际测量中，通常由一个精密的电源使加热器保持恒定的热量，在流体静止的条件下，相对于加热器对称的上下游的两个温度传感器将测到相同的温度。而当有气体流动时，更多的热量将通过气体传向置于下游的温度传感器。同样，由于热量的传导取决于流过毛细管传感器的气体的分子数目和气体的特性，通过测量上下游温度传感器的温度差，则可测得气体的质量流量。

热式气体质量流量计的优点:

1)热式气体质量流量计相对于各种机械式气体流量计具有无需温度、压力补偿和相对动态测量范围较宽的特点。

2)当实际流量超过热式气体质量流量计额定量程时，尽管此时流量计无法正常工作，但其本身不会因此而损坏。

3)热式气体质量流量计具有非常宽的工作温度和工作压力范围。

4)气体的湿度对热式气体质量流量计的测量结果影响较小。由于热式气体质量流量计的测量原理与气体的振动频率无关，故而HLMFM06流量计的测量不受环境的振动影响。

标准装置的测量原理是基于流体力学的连续性方程，以热式气体质量流量计为标准器，以热式气体质量流量控制器为流量调节装置，使流体连续通过标准器和被检流量计，比较两者的瞬时流量或比较同一时间内的累积流量，从而确定被检流量计的计量性能。

本装置由三部分构成，整套装置的各连接处由耐压不锈钢管连接，原理图见图2。

1)该装置可用于下厂检测使用，为方便运输与操作，选用高压气瓶(氮气、氧气等)为气源。由于气瓶出口压力较高，故在气瓶与标准器之间装有减压阀来降低压力，以保护标准器。

2)标准表部分选用三个不同量程的HLMFM06质量流量计和质量流量控制器，苏州华陆流量计流量范围分别是小流量0～100mL/min、中流量0～5L/min和大流量0～50L/min;质量流量控制器流量范围分别是小流量0～100mL/min、中流量0～30L/min和大流量0～50L/min。此套标准装置与钟罩、皂膜管等标准装置进行量值比对的数据都比较理想，比对数据见表1和表2。

3)该装置带有控制触摸屏，通过编制的软件触摸屏上可显示三套标准表的实时数据，也可输入被检设备信息和示值读数，通过已写入的公式进行误差计算。

表1 0～50L/min流量计与molbbolx比对数据

2 不确定度分析

2.1 标准表引入的不确定度分量u1

本套装置选用的流量计准确度为1.0%，取k=2，所以标准表引入的不确定度分量ur1=0.50%。

2.2 仪表进口压力变化引入的不确定度分量u2

高压气瓶一般可提供15MPa的压力值，经标准器前减压阀可降至3MPa以下。设精密稳压阀允许误差为±0.1%，矩形分布，则由进口压力变化带来的不确定度分量

2.3 温度测量引入的不确定度分量u3

本套装置中温度变送器的误差为±0.2%，量程为0～100℃，因此由温度测量引入的不确定度分量

2.4 工艺因素引起的不确定度分量u4

管路的连接上选取了耐压不锈钢管，装置组装完毕后进行了侧漏试验，证明密封良好，但是在进行极小流量试验时仍有极微量的泄露，引起的不确定度ur4≤0.1%。

2.5 合成标准不确定度

因上述各分量都是独立分量，则相对合成标准不确定度为:

2.6 扩展不确定度

取包含因子k=2，故相对扩展不确定度为:

3 结语

我们所研制的这套气体小流量标准装置具有操作简便、造价较低、稳定性好等特点，可以满足浮子流量计等计量设备的校准要求。由于标准器装在机箱中，温度上升对于该套装置的影响仍在研究探讨中。