所有的流量计都不能理所当然地校准。流量计可配备最可靠的工业传感器技术,生产安全等级最高、性能最好、功能丰富的设备。但是,如果流量计校准不准确,或者由于等效校准和模拟校准而不是实际气体校准而造成的不确定性,则流量计的性能将不令人满意。
流量计缺乏实际校准的后果可能包括安全风险和工艺效率低下,这些问题在工艺运行前或故障前可能无法检测到;产品质量和成本往往下降,对利润和竞争力产生负面影响。
所有的热质量流量计都是基于热扩散的原理。当被测气体通过传感器探头时,气体分子的冷却效应会带走探头上的热量。冷却效应取决于热传导性、比热容、密度和粘度等气体特性。忽略热质量流量计的测量技术,这些特性对流量计是真实的。在整个范围内,传感器探头本身的结构以及每个传感器是如何工作的。
所有的热质量流量计制造商不仅需要了解热输入方程和表面积,还需要了解所有的热转换方法。流量计的热转换方法可能是独一无二的,就像每个人的指纹一样。例如,一个人的右手食指看起来和左手食指一样,但细节实际上是不同的。同样,所有的热质量流量计即使严格控制制造公差,提高传感器制造的精度和自动装配工艺,也可能会有所不同。即使这些差异很微妙,统一处理气体校准的方法,如公式化和标准化也不能满足这些差异,单一的校正系数也不能满足更复杂的工艺应用。
可追溯性设备和实际流体条件的开发和维护所需的资本投资和基础设施建设是巨大的,特别是危险或易燃气体。此外,在特定的温度和压力下,确保特定的气体循环会带来更高的成本。许多热质量流量计制造商只是通过模拟或规避实际气体标定的高成本。
一些制造商通常使用参考介质或等效介质。介质通常是空气,在室温和压力下等效校准流量计。在获得空气流量读数后,他们通常使用基于经验的理论和公式化校准参数来设置流量计。本过程仅利用粘度、密度、比热、导热率、雷诺数范围等气体特性,简要推断实际流体的冷却效果。
与使用实际气体来校准流量计不同,这种推理性等效校准方法不能准确、真实地表示实际气体的热效应。参数修正需要实际的工艺条件,如压力和极限温度的变化会产生更大的不确定性。就像ISO标准14511、章节8描述:当校准条件可行时,热质量流量计实践的最佳校准方法是在实际工艺条件下使用实际气体介质。
在化学测量的关键应用中,或当测量气体流量对应用的安全性和效率至关重要时,如果可以提供实际和真实的流体条件,则热质量流量计不能考虑模拟校准的方法。最好的选择是使用实际的流体条件校准。
此外,在工艺条件相对不稳定的情况下,我们不建议使用空气等效校准和模拟校准方法,当流形分布可能处于过渡范围,或校准替代介质与实际应用介质之间存在非线性关系。因此,空气等效、模拟标定只能覆盖范围非常有限的工艺应用。许多流量范围的范围比大于10:1,远远超出了简单的线性校准范围,因此由于不同流体之间的非线性关系,许多制造商使用的单系数校正方法将无效。这些对于依靠热传导率和冷却效应为基本测量指标的热式质量流量计尤其适用。
参照以下图片1精度性能曲线,图形化显示模拟校准流量计测量的不准确性。这些曲线是从国际知名的、各种流量计技术的制造商那里获得的。它们嵌入了可以选择测量不同气体的选项。显然,不同气体引起的偏差范围是惊人的。流量计不是用图中的气体进行实际校准,而是用低精度等效校准来校正单个系数。
较大的偏差表明测量只是一个简单的修正,制造商甚至没有尝试使用多项式来修正非线性测量。从大部分流量范围可以看出,这些修正后的缩放比例很大。虽然它们是线性的,但空气和氮曲线相对接近零偏差,因为流量计的校准介质是空气。然而,当流量计选择其他气体中的一种时,理论修正后的流量测量偏差可以高达±100%。
还可以检测到,该算法在温度略有升高时无法修正流体的非线性。这种非线性变化范围高达30%,即使是准确的,也不能适用于整个流体流速范围。
为演示实际气体标定获得的显著性能改进,参考图2 –FCI ST100用实际气体(天然气)校准的热质量流量计测量精度曲线。与上图1中的天然气等效测量精度曲线相比,我们可以看到图2中实际校准流量计的测量精度非常理想。
如果您负责重要工艺程序中流量计的使用性能,或工厂的安全或环保要求,您有权询问制造商的校准程序。此时,他们应能够解释和展示流量计的校准方法、可追溯设备类型、校准条件,以及所涉及的机械、电气设备和安全标准。
您应要求参观流量计校准的实验室,并会见负责这项工作的工程师和技术人员。此外,必要时,供应商应向您提供流量计生产厂负责人,审查您的应用要求,确认流量计的实际位置,以确保流量计的成功安装。
几十年来,Fluid Components International(FCI)通过实际校准流量计,提供其完整准确的工作性能,一直处于引领热质量流量计市场的地位。FCI投资并维护了世界三个不同地区的20多个标平台,包括多种管道尺寸、空气、纯惰性气体、碳氢化合物气体和多达20种准确成分的实际混合气体。这些所有的标定台,都可以提供在高达454°C(850°F)从环境压力到34的实际温度bar驱动流体在实际压力范围内(500磅/平方英寸)是实际的。