气体质量流量计控制器知识

气体质量流量计控制器知识

气体质量流量控制器（MFC）与气体质量流量计（MFM），MFC是带有控制气体质量流量的装置，而MFM 是不具有控制气体质量流量功能的装置。

首先区分一下

MFC为Mass Flow Controller的缩写，即质量流量控制。流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的，简称科氏力。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。

质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。由于变送器是以单片机为核心的智能仪表，因此可根据上述三个基本量而导出十几种参数供用户使用。质量流量计组态灵活，功能强大,性能价格比高，是新一代流量仪表。

测量管道内质量流量的流量测量仪表。在被测流体处于压力、温度等参数变化很大的条件下，若仅测量体积流量，则会因为流体密度的变化带来很大的测量误差。在容积式和差压式流量计中，被测流体的密度可能变化30%，这会使流量产生30～40%的误差。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求。化学反应过程是受原料的质量(而不是体积)控制的。蒸气、空气流的加热、冷却效应也是与质量流量成比例的。产品质量的严格控制、精确的成本核算、飞机和导弹的燃料量控制，也都需要精确的质量流量测量。因此质量流量计是一种重要的流量测量仪表。

质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。

直接式质量流量计

直接式质量流量计有多种类型，如量热式、角动量式、陀螺式和双叶轮式等。

(1) 主要参数:

质量流量精度: ±0.002×流量±零点漂移

密度测量精度: ±0.003g/cm3

密度测量范围: 0.5~1.5g/cm3

温度测量范围: ±1°C

(2) 传感器相关数据:

环境温度: －40~60°C

介质温度: －50~200°C

防爆类型: iBⅡBT3

关联设备: 配套变送器

(3) 变送器相关数据:

工作温度: 0~60°C

相对湿度: 95%以下

电源: 220±10%VAC,50Hz或24±5%VDC,40W

质量流量计常见类型

1. 容积式流量计，又称定排量流量计。它利用机械测量元件把流体连续不断的分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复的充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积流量。

2. 浮子式流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管中自由的上升和下降。

3. 差圧式流量计，是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体的条件和检测间与管道的尺寸来计算流量的仪表。

4. 涡街流量计，在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交替的分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

5. 涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而推导出流量或总量的仪表。

6. 超声流量计，通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。

7. 电磁流量计，电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

8. 热式流量计，热式流量计传感器包含两个传感元件，一个速度传感器和一个温度传感器。它们自动地补偿和校正气体温度变化。仪表的电加热部分将速度传感器加热到高于工况温度的某一个定值，使速度传感器和测量工况温度的传感器之间形成恒定温差。当保持温差不变时，电加热消耗的能量，也可以说热消散值，与流过气体的质量流量成正比，它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量。

科里奥利式流量计，其原理是利用流体在振管内流动时产生的科氏力，以直接或间接地方法测量其力而得到流体质量流量。

流量计简介

目前，国内使用最为广泛的是热式气体质量流量计。其原理如下：

“在直径较细的感应管中放置两对加热器，并将其控制在同一温度。当流体流动时，气体将上游的部分热量带给下游，而下游的加热器从上方获取热量温度上升。这时，利用上下加热器之间产生的温度差和流体的质量流量成比例的原理，来测定流量。”（附：qm=KCpA△T Cp定压比热容A测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数；K -------仪表常数）

想像一下……放置两台电热器，用一条线将两台电热器连接起来，自己坐在线的中点处交叉的直角线上，很暖和。两台电热器发散同样的热量，你坐在离两台电热器同等距离的正中间位置，接受双方的热量，是温度最高的地方。在这个炎热的季节，说这样的话，真是热得无法忍受啊……这时，在侧面加一个电风扇，离电风扇近的一方发散出来的热，被吹到远一点的电热器，你坐的地方也会觉得稍微凉一些。风扇吹得越快就越凉快。这和热式感应管中的道理一样，风扇的强度（风量）=气体的流量。反过来，要想检测流量的话，可以说“测量一下气体流过的时候两台电热器之间移动的热量即可”

用途

1. 锅炉、裂解炉用燃料气质量流量测量控制；

2. 石油化工、采油、火炬气质量流量测量；

3. 燃烧炉用空气质量流量测量控制;燃汽轮机氢气质量流量和控制；

4. 食品加工及饮料气体质量流量和控制；

5. 水厂氯气质量流量控制；

6. 生产半导体时高纯度气体质量流量测量；

7. 催化剂、化学添加剂质量流量测量；

8. 泵的保护控制、泵密封、润滑油池泄漏检测；

9. 空调系统控制；

10. 仪表用空气、工艺空气、氮气等质量流量测量。

11. 气体分析仪，大气采样器

12. 泄露监测

13. 气体分配系统

14. 实验室气体测量

15. 医学应用

16. 燃料电池

17. 应用气体：Air, O2, N2, He, Ar, CO2, H2, CH4, C3H8, N2O, SF6, C3H6, CO, C4H10, 等绝大多数气体。

质量流量计常见问题

实际使用中发现，当输入的气体不同时控制显示的数值与实际不符，其实原因很简单，因为在MFC行业中，有一种参数叫CF，即气体转换系数（下面简称CF）。而MFC行业中又把N2（氮气）定义为标准气体M。N2的C值为1.00，其他的气体以氮气为中心，分布在0.1到1.4左右。

CF大于1.00的代表气体是单原子气体He(氦)、Ar(氩)、Kr(氪)、Xe(氙)。和N2相近的气体有02（氧气）、H2（氢气）、F2（氟）等。0.5以下的有SF6、WF6、SiCl4等。如果是几种气体的混合在一起的话，简单的分析其比率，用各自的CF值计算即可。我觉得如果稍微了解气体的话，就会分出苗条的轻量级和大力士的重量级。虽然有一部分例外，但一般是这样的。

假设某台MFC是用N2标定的，但是实际流过的气体是He，实际的流量比N2多。各个厂家的He的CF值稍有不同，但大约都在1.4，所以简单的说就是He气相同示数时，是N2的1.4倍流量。反过来，如果N2流过He的MFC，实际的流量大约是1÷1.4=约0.71，少30%的流量，因此控制器发现流量不准时，考虑出厂标定CF是否与你的气源相同。

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