熱分布式氣體質量流量計常見故障及原因分析

基于熱分布式氣體質量流量計的測量原理，對熱分布式氣體質量流量計的常見故障進行了統計，總結分析了熱分布式氣體質量流量計的常見故障原因以及影響機制。熱分布式氣體質量流量計的主要故障原因包括: 毛細測量管外氣氛環境改變、流量計進水、層流阻流件松動、被測氣體狀態改變、使用環境溫度過高或過低、流量計被堵塞等。非常后針對各項故障原因提出了預防解決措施。

引言

氣體質量流量測量是目前生活和工業生產中不可或缺的一部分。在現代工業生產現場和科學實驗等很多情況中，都需要進行氣體質量流量測量，如控制生產過程中各種物質的配比，監視生產運行情況，調控燃燒效率和環境等］。因此，氣體質量流量測量在保證產品質量，提高生產效率，節約能源及在環保方面都有很重要的作用。根據不同的測量原理，目前氣體質量流量計主要有科里奧利質量流量計、熱式氣體質量流量計、差壓式質量流量計等。綜合產品價格、測量精度，熱式氣體質量流量計在醫藥、化工、能源領域中使用非常為廣泛

。

七一一研究所多年來從事船用發動機和供氣系統研發，為了提高發動機燃燒效率，需要合理配比燃油和氧氣的質量流量，因此采用了測量精度較高的熱分布氣體質量流量計測量氧氣的質量流量。但在流量計使用過程中出現諸多故障，有些故障的原因較為簡單，有些故障的原因則難以判斷。該文主要介紹了在使用熱分布式氣體質量流量計中遇到的各類故障及故障原因分析，從而為熱分布氣體質量流量計使用人員在故障診斷和故障處理時提供幫助。

1 熱分布式氣體流量計測量原理

熱分布式氣體質量流量計( Thermal Profile Mass Flow Meter) ，又稱毛細管熱式質量流量計( Capillary Thermal MassFlowMeter，CTMF) ［6］，其結構如圖 1所示，測量原理如圖 2 所示。薄壁測量管外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測元件的繞組，組成惠斯登電橋，由恒流電源供給恒定熱量，通過線圈絕緣層、管壁、流體邊界層傳導熱量給管內流體。邊界層內熱的傳遞可以看作是熱傳導方式實現。在流量為零時，測量管上的溫度分布相對于測量管中心的上下游是對稱的，由線圈和電阻組成的電橋處于平衡狀態，2 個傳感器測量的溫度相同;當流體流動時，流體將上游的部分熱量帶給下游，導致溫度分布變化中實線所示，由電橋測出兩組線圈電阻值的變化。

2 常見故障現象及統計

熱式氣體質量流量計主要是測量氣體的質量流量并輸出信號。該文對 214 臺使用時間在兩年內的流量計出現的故障進行統計，并根據不同故障原因導致的故障現象進行分類，發現故障現象主要為: 1) 測量結果偏差在 2% ＜ ε ＜ 5% ; 2) 測量結果偏差在 5% ≤ε≤10% ; 3) 測量結果偏差 ε ＞ 10% ; 4)無信號輸出; 5) 零點偏差。在這 4 種情況中，流量計測量結果偏差在2% ＜ ε ＜ 5% 的故障現象占比非常大，為 64% ; 流量計測量結果偏差在 5% ≤ε≤10%次之，占比為 21% 。熱分布式氣體質量流量計常見故障現象統計。

結語

在熱分布式氣體質量流量計使用過程中，測量精度降低是流量計的主要故障現象。而導致該故障的原因眾多，主要有: 毛細測量管外氣氛環境改變、流量計進水、層流阻流件松動、被測氣體狀態改變、使用環境溫度過高或過低、電子元器件老化等。其中故障原因毛細測量管外氣氛環境改變和層流阻流件松動較難發現，且對流量計測量精度影響較大，需要得到重視和關注。故障原因流量計進水、被測氣體狀態改變、使用環境溫度過高或過低、電子元器件老化相對容易發現，但也需要使用者在使用流量計時按照流量計使用要求使用，并定期對流量計進行標定。