恶劣气候环境下大气颗粒物监测仪的流量校准

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大气环境监测工程师们助力FP-25大气采样校准仪雏形诞生

呼吸一口清爽冰冷的空气,感受雪花拍打在脸上的瞬间。。。这样的场景是不是很美呢?你可知道这样的气候环境几乎导致所有流量校准仪的既定精度极限失效。幸运的是,FP-25大气采样校准仪不受丝毫影响。多亏所有现场大气环境监测工程师不断提出的宝贵意见,FP-25大气采样校准仪实乃为这类变化多端的气候环境量身定制的流量校准仪。

接下来我们就来讲讲FP-25大气采样校准仪如何诞生的故事。艾里卡特全新大气采样校准仪FP-25从研发到上市,几个测试版本经过美国国内具有代表性气候特点的环境监测站数轮反复试用,聆听了众多一线大气环境监测工程师的核心意见,才有了如今这台专用于所有大气颗粒物在线监测仪流量校准的FP-25大气采样校准仪

故事始于几个曾用过艾里卡特便携式流量校准仪的大气环境监测工程师,几位工程师在校准内含质量流量控制器的动态气体发生器的过程中颇为受挫,冗长的20个校准点过程极为繁琐,于是便将容积式流量计替换成了艾里卡特便携式流量校准仪,至此以后每个点的校准过程仅需短短几秒钟,即便在流量低至5 sccm时。

此后不久,艾里卡特推出了低压损便携式流量校准仪,其中一些工程师便将其用于工作在室外的大气颗粒物采样仪的流量校准。对一台实验室级别的高精度流量校准仪来说,要在室外苛刻的气候环境下工作实为不易。由此,我们便产生了设计一台既具有实验室级别的精度同时又能工作于恶劣气候环境下的流量校准仪的想法。

如何缩短热平衡时间

用过低压损便携式流量校准仪的工程师们告诉我们,校准仪在室外需花较长时间才能与环境温度达到平衡,尤其是在阳光照射强烈的晴天。被不锈钢整个包裹的内置的温度传感器十分适用于实验室内,挪到室外环境下就有点不济了。由此,我们将不锈钢换成了铝,相应减少包裹面积,但还是无法克服因热辐射产生的问题。

为了缩减热平衡时间,最初的设想是改动内部温度传感器的位置,将其往下垂直移动些便可更加精确地测量空气温度,即便只是人为地消除因太阳热辐射而造成的长时间热平衡问题。后来我们为FP-25大气采样校准仪增加了快速相应的外置温度探针,将气道内的空气温度修正至大气环境温度。作此改良后,FP-25大气采样校准仪即可于室外酷热的阳光直射环境下迅速启动开始流量校准并长时间工作,即便从开着暖气的车中取出马上置于冰点以下的环境温度工作,也仅需几分钟温度平衡。

如何保证零点以下的流量测量精度

大气环境是要全年监测的,美国北部和加拿大地区的工程师们常常需要在零下30度的室外环境下对大气颗粒物监测仪进行流量校准。零点以下温度环境对电子仪器设备有严重的破坏性,电池续航时间变短、LCD显示屏变暗甚至模糊、橡胶密封圈脆化等。在冰点以下的环境工作,活塞式流量校准仪将直接结冰从而无法工作,文丘里管式流量校准仪的压力传感器则变得无法预计的响应缓慢,从而导致流量测量的精度偏差。

在零度以下的工作环境保证流量测量精度十分具有挑战性。零点以下的温度变化将使电子压力传感器自身发生形变,从而导致响应偏差。对于这一广为熟知的棘手问题,艾里卡特的工程师们最终想出一创新的解决方案。我们对每一台FP-25大气采样校准仪的压力传感器在-30°C ~ +60°C整个温度量程范围内进行测试,于多个点监测其响应性能,最终生成每一台FP-25大气采样校准仪独有的压力-温度响应曲线,并将曲线融为此台FP-25大气采样校准仪最终流量与压力标定的一部分。得益于这一独特的设计,FP-25大气采样校准仪的流量测量精度相比于Alicat标准精度的流量校准仪更胜一筹,其流量读数精度在-30°C ~ +60°C这个温度量程范围内始终优于1%。

如何克服刮风、灰尘、雪花。。。对流量校准的影响

据几位工作在一线的大气环境监测工程师告诉我们,风力的影响在大气颗粒物在线监测仪的流量校准过程中由始至终都是一个不容小觑的严重问题,一片小小的雪花即能阻塞文丘里管流量计从而导致无法正常工作。这是因大气颗粒物在线监测仪的流量校准依据是体积流量,测量体积流量时伴随的最典型的特征就是气路中前后压差极小,从而不至于影响体积流量读数。也正是因为这极小的压损,使其对风异常敏感。确实如此!因为此时此刻我桌上的一台低压损便携式流量标定仪的显示屏上正跳动着由于办公室内开着空调而产生的空气流量的读数。灵敏至此无疑是绝对保证了流量测量的精度,但若处于有风的环境下工作却又衍生了另一个麻烦。此外,有风的天气还将把空气中的灰尘或雪花也一起带进流量标定仪中。

为解决这个问题,我们首先想到的是从大气颗粒物在线监测仪的制造商们那里找突破,因为大气颗粒物在线监测仪本身的防风防尘问题是很久以前就已被攻克的。每一台大气颗粒物监测仪的入口处都有滤膜用以过滤大颗粒尘埃,百叶窗式的设计使得进口管以下的空气流量不受风力影响。艾里卡特FP-25大气采样校准仪正是充分利用了上述这些大气颗粒物监测仪既有的防风防尘性能,将FP-25大气采样校准仪直接嵌入连接于大气颗粒物监测仪的进气管道下方,我们称之为直接模式。采用此连接模式,FP-25大气采样校准仪直接被接在PM10监测仪入口管段下方或PM2.5监测仪气旋切割器(VSCC)上方(如果有VSCC的话),彻彻底底地保护了流量传感器免遭刮风、灰尘、雨水、雪花的影响,从而确保FP-25大气采样校准仪校准流量读数时所处于的工况环境总是无限接近于大气颗粒物监测仪在正常工况下测得的流量读数。

大雪纷飞、狂风暴雨、艳阳高照。。。FP-25大气采样校准仪能在任何气候环境下正常稳定地校准每一台大气环境监测仪的流量。若您需要在其它特殊环境工况下校准气体流量,也欢迎告诉我们,艾里卡特十分乐意帮您排忧解难。

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艾里卡特质量流量计、质量流量控制器、压力控制器选型

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艾里卡特产品有数千种可选的配置,以确保你拿到的产品能够满足你的应用需求。在这篇新博客中,我们将带你详细了解Alicat的产品类别以及配置选项。

气体流量测量和控制

艾里卡特Alicat质量流量计如果你想要一款精确的气体流量测试设备,我们可以满足要求。Alicat质量流量计使用基于层流压差的流量测试技术,计算出体积流量,再转换成质量流量,并以气流内部温度和压力值来修正质量流量,可以同时测量质量流量(标准体积流量),体积流量(实际流量),温度和压力。这意味着你只需要用一台Alicat设备就可以代替一堆传感器组件。这些设备既可以配置成流量计,也可以配置成流量控制器。如果你只需要进行气体流量测量,可以选择M系列气体质量流量计,主型号名称通常以字母“M”开头。如果你需要对气体流量进行控制,可以选择MC系列质量流量控制器,来控制气体的质量流量、体积流量或压力。

气体流量——低压损系列

艾里卡特Alicat低压损质量流量控制器

如果由流量计带来的压力损耗或流量限制会对你的系统造成不利影响,那么你可以通过使用我们的低压损(Whisper)系列产品来解决这个问题。Alicat低压损(Whisper)产品使用加大的主体和层流片堆叠来获得明显降低的压损,使用更加灵敏的压力传感器来保证精度。这样也使得低压损产品具有更低的流通压力阈值。低压损系列产品通常在Alicat主型号名称中以字母“W”表示,例如MW,MWB,MCW,MCRW等。

液体流量测量和控制

艾里卡特Alicat液体流量控制器如果你的测试对象是液体,需要对液体流量进行测量或控制,我们的液体流量测试设备也许会很适合你。Alicat 液体流量计/控制器使用与气体流量计/控制器相同的工作原理,在测量纯水和去离子水时表现最佳。也就是说,我们有时候也可以根据客户需求定制用于测量或控制其他液体(例如醇类)的流量计/控制器,这取决于液体的粘度和材料兼容性(更多信息可咨询Alicat中国代表处)。所有液体流量产品主型号名称都以字母“L”开头,并且具有排气孔,用于排出流量计主体中残留的气体,这些残留的气体如果不排出可能会影响流量读数。如果你只需要进行液体流量测量,可以选择L系列液体流量计。如果控制液体流量大小,可以选择LC系列液体流量控制器。

压力测量和控制

艾里卡特Alicat压力控制器尽管我们的质量流量计系列设备可以同时显示和控制压力,但你可能不需要测量其他参数(例如质量流量,体积流量,温度),或者你在压力测量控制方面的需求是质量流量计无法满足的,比如量程、精度、或压力基准(表压,差压,绝压)。如果是这种情况,我们的压力系列产品可能会很适合你。我们提供满量程从2英寸水柱到1500PSI的压力计和压力控制器,提供丰富的配置选项,可选择输出表压,差压,或者绝压。所有的Alicat压力系列产品主型号都以字母“P”开头,其中压力控制器以“PC”表示。此外,在型号名称中代表传感器量程的部分,会标示出所用压力传感器的的类型——表压,差压,或绝压(分别以字母G、D、A表示)。

耐腐蚀型配置——流量或压力产品

艾里卡特Alicat耐腐蚀型质量流量控制器你在使用腐蚀性气体吗?或者你的气流中含有潜在的可冷凝组分吗?如果是的,你应该选用Alicat耐腐蚀型的“S”系列产品。Alicat耐腐蚀型产品的生产中使用了316L不锈钢传感器和FFKM全氟橡胶,这些材料对腐蚀性气体和冷凝水具有更好的抗性(尽管如此,你仍然需要保持流量设备干燥,防止水滴进入影响测量结果)。Alicat耐腐蚀型产品通常在主型号名称中有一个大写字母“S”(例如MS,MCS,MBS,MCRS,MCHS,PS,PCS,PCHS,PCRS,等)。

便携式(可充电的)——流量或压力产品

艾里卡特Alicat便携式流量标定仪你需要在无外接电源的地方测量流量或压力吗?通过内置锂电池,我们的所有产品都可以定制成可充电的便携式设备。这种配置还附带一个micro-USB连接线和一个插座式充电器。在野外无电力供应的情况下,对于配置黑白LCD屏幕的便携式产品,电池可以满足连续18小时的流量或压力测量;对于配置彩色背光TFT屏幕的便携式产品,大概可以连续使用5~6小时。所有Alicat便携式产品在主型号名称中都有一个大写字母“B”(例如MB,MWB,MBS,PB,PBS,LB等)。

艾里卡特Alicat便携式流量校准仪

如果你想要一套即便捷又有非常宽量程的设备,也许我们的便携式校准套装(PCU)会很合适。PCU套装包含了3台并排嵌入安装的Alicat质量流量计(可选标准型或低压损型),采用电池供电,快插式接口。三台流量计都是通过高精度校准的,具有流量累加器功能,且每一台量程范围都不同。PCU校准套装的型号名称以“PCU”或“PCUW”(低压损型)开头,型号中标示出每一台流量计的量程,例如PCU-50SCCM-5SLPM-500SLPM-D。

如果你是环保监测行业的,需要一台便携式流量校准设备对室外的大气颗粒物在线监测仪进行校准,我们有一款FP-25流量标定仪会很适合你。FP-25可以在任何气候条件下迅速、精确的校准每一台放置在室外的PM2.5/PM10大气颗粒物在线监测仪。

此外,我们也有专为OEM设备集成而设计的Basis质量流量控制器,具有轻便、小巧、经济、可靠的特性,其型号名称以“BC”开头。还有专门设计用于各类气相色谱仪、真空镀膜系统、医疗仪器内气路控制的电子压力控制模块EPC,具有快速、精确、紧凑、经济的特点。

以上包含了我们的主要产品类型。后续我们将更深入的讲解一些流量/压力控制器选型方面的知识,请继续关注。如果你想了解更多产品及应用方面相关知识,请关注我们官网或微信公众号,或联系Alicat中国代表处。

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为什么我的浮子流量计与Alicat质量流量计读数不一致

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浮子流量计又称为转子流量计,或变面积流量计(VAF)。它是将浮子球放在一个竖直的锥形管内,流体在锥形管内自下而上流过,使浮子在一个平衡位置静止悬浮,通过浮子平衡位置的高度测量标准条件下的气体或液体的质量流量。

订购浮子流量计时,必须选择一套确定的标准条件,包括气体类型、温度和压力,并以此进行校准。在实际使用中,如果使用工况改变,某一项参数偏离了标准条件,测量的准确性就会受到影响,因为浮子流量计不会随着使用工况的改变自动修正读数。即使被设置为标流量,例如“标立方英尺/分钟”,但测量刻度线是固定距离的,如果你的使用工况偏离了标准条件STP(或者你在测量另一种气体),刻度线并不会自动调整,那么你所测量的就不再是标立方英尺/分钟。所以,要想用浮子流量计准确的测量质量流量,就必须在标准条件下使用。

与浮子流量计相比,Alicat质量流量计是多参数的流量计,测量标流量和体积流量的同时还可显示过程压力温度条件。由于Alicat质量流量计可同时测量这几种参数,因此能够根据使用工况的改变实时修正读数,几乎不受工况影响。Alicat质量流量计通常显示的是标准质量流量,具有NIST可溯源性。

使用浮子流量计的客户拿到Alicat质量流量计后通常会问,为什么我的浮子流量计读数与Alicat质量流量计不一致?怎样使用Alicat质量流量计来校准他们的浮子流量计?通过前面的解释,我们知道尽管这两种流量计都可用于测量流量,但它们是两种不同类型的流量计,不同技术原理,不同测量条件。就像苹果与橙子,虽然同为水果,却是两种不同类型的水果。由于浮子流量计的读数准确性受流体类型、温度、压力等工况因素影响很大,而Alicat质量流量计会根据工况变化自动修正读数,测量结果不受工况影响,因此在非标准条件下,两者读数可能会存在较大差异。必须将浮子流量计置于标准条件下,两者的读数才能够进行对比匹配。

在实验室对浮子流量计进行校准时,需要通入指定类型的气体,将试验台置于指定的温度下,并使用压力控制系统将浮子流量计置于它的标准条件下。这需要较多的设备投入。当浮子流量计处于标准条件下,就可以调节它的读数与标准值一致,这样就完成了校准。

如果没有校准实验室,应该怎样使用Alicat流量计校准浮子流量计

温度对流量读数有一些影响,但工艺条件、气压、海拔等因素导致的压力变化对流量读数影响更大,除非温度变化很大。要将浮子流量计内部温度和压力调节到与标准条件一致需要一些传感器。在野外,你可以用一台距离浮子流量计尽可能近的Alicat质量流量计作为传感器,来获取温度和压力的读数。然后控制浮子流量计内部压力与标准条件一致,Alicat质量流量计与浮子流量计读数就具有可对比性了。

在浮子流量计后端竖直安装一个配带后置阀门的Alicat质量流量控制器,并将其设置为“闭环压力”模式,以控制浮子流量计的出口压力恒定,我们假设这个例子中出口压力为30 PSIA。如果量程和气体类型允许,也可以使用Alicat低压损质量流量控制器来降低压损,以保证压力不偏离标准条件。调节并确保Alicat质量流量控制器的气体类型和标准条件与浮子流量计一致。(Alicat质量流量计/质量流量控制器的可进行气体选择与切换及工况条件切换。)

然后在Alicat质量流量控制器上设置一个背压值来控制浮子流量计的出口压力,例如30 PSIA,这样就解决了浮子流量计的最重要影响因素——压力。现在已经将Alicat质量流量控制器与浮子流量计的标准条件匹配了,打开气源,就可以通过Alicat MFC的读数来校准浮子流量计了。

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