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热分布式气体质量流量计常见故障及原因分析

发表时间:2020-11-24 14:06作者:上海自仪公司

基于热分布式气体质量流量计的测量原理,对热分布式气体质量流量计的常见故障进行了统计,总结分析了热分布式气体质量流量计的常见故障原因以及影响机制。热分布式气体质量流量计的主要故障原因包括: 毛细测量管外气氛环境改变、流量计进水、层流阻流件松动、被测气体状态改变、使用环境温度过高或过低、流量计被堵塞等。非常后针对各项故障原因提出了预防解决措施。


引言

气体质量流量测量是目前生活和工业生产中不可或缺的一部分。在现代工业生产现场和科学实验等很多情况中,都需要进行气体质量流量测量,如控制生产过程中各种物质的配比,监视生产运行情况,调控燃烧效率和环境等]。因此,气体质量流量测量在保证产品质量,提高生产效率,节约能源及在环保方面都有很重要的作用。根据不同的测量原理,目前气体质量流量计主要有科里奥利质量流量计、热式气体质量流量计、差压式质量流量计等。综合产品价格、测量精度,热式气体质量流量计在医药、化工、能源领域中使用非常为广泛


七一一研究所多年来从事船用发动机和供气系统研发,为了提高发动机燃烧效率,需要合理配比燃油和氧气的质量流量,因此采用了测量精度较高的热分布气体质量流量计测量氧气的质量流量。但在流量计使用过程中出现诸多故障,有些故障的原因较为简单,有些故障的原因则难以判断。该文主要介绍了在使用热分布式气体质量流量计中遇到的各类故障及故障原因分析,从而为热分布气体质量流量计使用人员在故障诊断和故障处理时提供帮助。



1 热分布式气体流量计测量原理

热分布式气体质量流量计( Thermal Profile Mass Flow Meter) ,又称毛细管热式质量流量计( Capillary Thermal MassFlowMeter,CTMF) [6],其结构如图 1所示,测量原理如图 2 所示。薄壁测量管外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组,组成惠斯登电桥,由恒流电源供给恒定热量,通过线圈绝缘层、管壁、流体边界层传导热量给管内流体。边界层内热的传递可以看作是热传导方式实现。在流量为零时,测量管上的温度分布相对于测量管中心的上下游是对称的,由线圈和电阻组成的电桥处于平衡状态,2 个传感器测量的温度相同;当流体流动时,流体将上游的部分热量带给下游,导致温度分布变化中实线所示,由电桥测出两组线圈电阻值的变化。




2 常见故障现象及统计

热式气体质量流量计主要是测量气体的质量流量并输出信号。该文对 214 台使用时间在两年内的流量计出现的故障进行统计,并根据不同故障原因导致的故障现象进行分类,发现故障现象主要为: 1) 测量结果偏差在 2% < ε < 5% ; 2) 测量结果偏差在 5% ≤ε≤10% ; 3) 测量结果偏差 ε > 10% ; 4)无信号输出; 5) 零点偏差。在这 4 种情况中,流量计测量结果偏差在2% < ε < 5% 的故障现象占比非常大,为 64% ; 流量计测量结果偏差在 5% ≤ε≤10%次之,占比为 21% 。热分布式气体质量流量计常见故障现象统计。



结语

在热分布式气体质量流量计使用过程中,测量精度降低是流量计的主要故障现象。而导致该故障的原因众多,主要有: 毛细测量管外气氛环境改变、流量计进水、层流阻流件松动、被测气体状态改变、使用环境温度过高或过低、电子元器件老化等。其中故障原因毛细测量管外气氛环境改变和层流阻流件松动较难发现,且对流量计测量精度影响较大,需要得到重视和关注。故障原因流量计进水、被测气体状态改变、使用环境温度过高或过低、电子元器件老化相对容易发现,但也需要使用者在使用流量计时按照流量计使用要求使用,并定期对流量计进行标定。


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