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层流压差质量流量计与热式质量流量计优劣势对比

在工业制造中很多工艺过程需要用到质量流量控制器,一般用在低压气体的测控环节。低压气体测控常见的有热式和层流压差两种类型的质量流量控制器。

质量流量计是一种通用性比较高的仪表类设备,更多的配套在工业设备里面,是高端制造工艺系统中比较核心的部分。质量流量计比较重要的性能参数分别是:响应时间、重复性、精度。下面我们就从这三个方面对比一下热式原理和层流压差原理质量流量计的优劣。

在响应时间上:层流压差质量流量计响应时间更快。为什么呢?这个要从两种质量流量计的原理上进行分析。首先层流压差质量流量计的响应时间取决于获取层流元件两端压力降的时间,这个时间和压力波的传播速度有关,压力波属于声波的一种,传播速度和声波一样,因此层流压差质量流量计响应时间很快。热式质量流量计的响应时间取决于两个线圈加热毛细管到平衡温度的时间,这个过程是一个相对比较长的时间,而要想缩短响应时间需要毛细管更细,但是目前热式质量流量计的毛细管已经细到极限了,因此热式质量流量计的响应时间也已经达到极致。

在精度上:层流压差质量流量计优于热式。为什么这么说呢?大家都知道热式质量流量计依据的传热原理,而传热原理截止目前还不完善,热式流量计是通过加热毛细管得到的功率差来推测体积流量,但是他的推测过程是通过标定来的得到的。什么是标定呢?就是通过反复的、大量的实验形成一个巨大的数据库,标定之外的点需要通过数学模型推测,因此,要想提高热式质量流量计的精度,需要标定的点越密集,但是就算再密集也不能实现完全覆盖所有的点。而层流压差质量流量计的设计原理是哈根泊肃叶定律,根据该定律可知,压差和体积流量是一个趋近于线性的关系(前提条件是流体做层流运动)。我们都知道物理特性越趋近线性,准确度就越高。因此,从设计原理上来看,层流压差质量流量计的精度要优于热式原理质量流量计。

在重复性上:在工业应用领域,很多工艺对重复性的要求要高于精度,因为重复性代表了一致性,因此质量流量计的重复性是非常关键的一个参数。大家都知道气体在常规环境下做湍流运动,湍流代表了无规则,不稳定,而层流压差质量流量计将湍流运动的气体状态更改为做层流运动,层流运动的气体状态是最稳定的,因此层流压差原理的质量流量计重复性较热式质量流量计更高。(一些朋友可能会看到市面上有一些层流热式流量计,我们也分析过这一类产品,但我们认为这种层流热式质量流量计完全是个噱头,热式质量流量计测量气体的准确性和重复性跟气体做不做层流运动是没关系的,即便加了层流元件,但是在气体在进入毛细管后,也不能保证气体仍做层流运动呀)

除了我们上面提到的几点外,层流压差质量流量计在一些特殊的低温低压领域有着绝对的统治力。层流压差质量流量计的压损比较小,压损就是压力损失,气体在通过质量流量计的过程中必定会有压力损失,因此这个压损制约了入口气源的压力一定要大于某个值。但往往一些特殊行业气源压力比较小,在1Kpa甚至负压下,这个时候就需要低压损甚至极低压损的质量流量计了。而层流压差质量流量计能很好解决这个问题。同时,层流压差质量流量计能很好的解决另外一个问题:低温。热式质量流量计由于设计原理的限制很难应用在低温气体的测控上,而层流压差质量流量计目前应用到-80℃甚至更低温度的气体测控中。

当然,所有的事物都有两面性,层流压差质量流量计在制造难度上要高于热式质量流量计,制造成本要更高,因此在低端制造业中,热式质量流量计还是占有比较大的市场份额。在更高端的科研、高端制造业市场,更多的会选用层流压差质量流量计。

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