微处理器推动性能的提高当热式传感技术在一致性和稳定性方面不断发展时,信号处理及硬件方面也有了突破性进展。FCI在标定数据收集和信号处理方面取得了进展,并且通过先进的曲线拟合演算法逐步提高了产品性能。下图展示了FCI突破性的曲线拟合方法,这种方法提高了产品性能和精度。从图1的常见误差差频宽可以看出传统型产品的局限性。而采用D2P曲线拟合方法的FCI的热式质量流量计,与传统型产品形成了鲜明对比。近年来,误差和不确定性缩减有了重大进展,使FCI产品在保持1001量程比的前提下,达到了0.5%的标定精度。
标定方法及NIST可溯源设备填补了空白传感及信号处理上的发展对标定程序和方法提出了更高要求。为了使热式流量仪表真正成为**产品并满足用户现场工况,制造商必须将产品的改进与合格、高精度的标定相结合。这意味着,要么必须将产品送去专业的流量标定实验室进行标定,或者斥巨资自行搭建标定设备。FCI公司拥有自行投资兴建的,具备研发和产品标定双重功能的标定实验室,可以对包括惰性气体和危险气体以及液体在内的多种介质在很宽的量程范围内进行标定。由于冷却率与介质热物理特性(如粘度、密度、比热、热导性及热膨胀系数等)呈函数关系,对热式传感技术的优化需要拥有流体方面丰富的经验。随着新的模型和等式推导方法的出现,使用参照气体进行标定已经可以达到2~3%的读数精度,然而有一点相当明确,要实现*佳性能必须使用实际气体或实际液体进行标定。象FCI这样拥有完善的标定实验室的公司,可以在实际液体介质(如水或果汁、碳氢化合物及冷却剂)中进行标定;同时,也可以在各种气体介质(从惰性气体到危险混合气、低密度气体如氢气和氦气等)中进行标定。符合实际介质的标定、自动数收集及高精度的流量参照标准(如音速喷嘴、超声波多普勒和科里奥力流量计等)造就了好于0.5%读数的精度。图2所示为FCI的气体音速喷嘴和混合气标定台。
标定实验室的混合气和音速喷嘴标定台将实验室结果应用到现场将实验室标定结果应用到现场的安装位置对所有的流量测量原理来说都是个挑战。直管段、实际安装、流层、过渡流形、紊流强度、漩涡、脉动及宽量程范围等过程条件是所有流量测量原理共同的难题。热式原理是18”管线到30英尺管道上经济、**的流量测量选择。使用热式原理并且选择正确的型号对于达到*高的现场安装精度很关键。对于2”及2”以下管径的应用,大部分热式产品制造商提供“在线式”构造,提供一截固定着传感头的管段,这样的构造避免了固定、偏移、施转或插件入长度导致的误差。同时,很多“插入式”产品也通过改进安装方式避免或大幅降低了安装变量的影响。位置锁定或键盘编码式插入、多传感装置、深度标尺、方位标记等方法确保了插入式流量元件的安装,适用于4”到几米管径。流体调整拓宽了安装位置的选择范围流体调整被很多流量测量原理所采用以进一步完善测量。调整器提供出色的隔离、漩涡消减,并且真正做到了无压损。这种流体调整方法神奇地拓宽点式流量测量原理的应用范围。例如热式测量原理,推荐安装条件为上游20倍管径下游10倍管径的直管段。而采用了嵌入式的流体调整器后,热式质量流量计只需要上下游一共7倍管径的直管段即可达到标称精度。过程条件的影响及多点式测量热式流量测量原理实际上利用了温度传感。大部分的热式流量设备制造商生产的流量元件中包含一个参照传感器,与温差测量相结合,或独立测量过程温度的实时变化。由于热式设备是直接测量质量流量的设备,而过程温度的变化会直接影响到质量流量,热式设备在设计上可以自动修正过程温度变化带来的影响。等质量流量传感器设计确保了变化无滞后效应,因此可以提供实时的温度补偿。正因为如此,大部分热式流量计天生多变量,并且可以提供过程温度输出。另外,热式设备几乎不受压力变化的影响,除非测量的是极低流量(低于0.25英尺秒),因为自然对流现象可能在插入式传感构造上产生热度上升的流量效应。利用低功率分界层传感,包括FCI在内的一些公司开发出了非插入式设计,将低流量和高流速传感提升到了一个新的高度。在极低流量应用中,大部分制造商的产品规格或软件选择限制了插入式构造的使用。在正常工程流量范围下,排除压力影响的独立研究显示,未经校正的热式质量流量计每100PSI的压力波动可能导至1~2%的读数漂移。热式传感原理,无论是恒温差式还是恒功率式,都同样受到影响。图3所示为FCI流量计在典型的压力波动范围内的性能曲线图,压力影响对精度的影响被控制在1%以内。