热式质量流量计在高纯气体流量测量中的应用

热式质量流量计按检测件的结构分类，有热分布型和基于金氏定律的浸入型。在管径较大时，用的都是后者。热式质量流量计由于其工作原理和结构的特点，准确度常用引用误差或者示值误差与引用误差相结合的方法来表示。例如嘉可仪表的JKRSL型热式质量流量计，该流量计量程比为10：1或20：1。从热式质量流量计的标定、检定方法剖析，查找用于氢气流量测量的上下游２套计量仪表存在计量偏差的原因。

对于高纯氢气，其标准状态下的密度是稳定且已知的，所以用差压式流量计测量其流量，能得到与测量氮气和氧气相同的准确度。但是，用热式质量流量计测量氢气流量时，出现另一个差异。即热学特性的差异。

众所周知，热式质量流量计在出厂前要经过实流逐台标定，在送计量检定机构检定时，也都要实流检定。对于热式质量流量计来说，气体的种类是多种多样的，不可能为每一种气体都建流量标定装置。为了解决该问题，一般采用替代法标定、检定。

热式质量流量计
GB/T20727-2006《封闭管道中流体流量测量热式质量流量计》/ISO14511：2001规定，热式气体质量流量计可使用和（或）类似于待测过程气体的替代气体校准热式质量流量计。然后用Ｋ系数进行修正或数值计算，转换成待测过程气体和（或）使用工况下的条件。文献中认为，可直接用空气标定，然后用Ｋ系数修正。实验证明， 不确定度大约增加２％。文献给出的几种气体的转换系数见表１所列。某制造厂提供的热式质量流量计换算系数见表２所列。该表格的最后一行特别强调：不同资料来源， 数据会有差异。

热式质量流量计
采用该方法校准流量计其实是不得已而为之。表１和表２中所列出的换算系数，反映了待用气体的热学特性与空气的差异。对于案例二中所涉及的３种流体中，氮气和氧气的热学特性与空气差异较小，因为空气的主要成份就是氮气和氧气，故采用换算方法引入的附加误差理应较小。但是氢气与空气相比差异就大了，氢气的导热系数是空气的7倍，氢气的密度只有空气的7.1％，摩尔定压比热容cp更是相差了13倍。这些差异都会给换算带来较大的误差。除此之外，流体的温度和压力也会给投入运行的热式质量流量计的零点和量程带来附加误差。


根据相关的国家标准，需要在实际工作温度、压力条件下，用实际测量的气体，进行零点调整。关于温度、压力对量程的影响，GB/T20727-2006规定，必须有标准表提供工况条件下的参比测量值，才能进行比对，然后进行调整。而要找符合要求的标准表，往往是困难的。


上述影响都会为热式质量流量计带来较大的误差。例如有一家生产销售工业气体的德国公司，定期为客户用钢瓶集装格送氦气，重车和空车均过秤，重车与空车的质量差即为本次送货量。而用户端则用外国产热式质量流量计作为计量手段，两个计量数据进行比对，发现每次送检重新投入使用后，热式质量流量计都要出现20％左右的误差（总量）。因此怀疑该误差是由氦气与空气密度的误差及两者热学特性的误差引起的。而检定机构又是在空气流量标准装置内检定，然后 换算得到的计量结果。因此，用热式质量流量计测量该类气体时，要特别注意。