Compréhension correcte des excellentes performances du débitmètre massique à gaz thermique1

Un débitmètre thermique de qualité doit présenter deux caractéristiques principales : un procédé de fabrication de la sonde performant et un dispositif complet d'étalonnage en débit réel. Analysons ces deux caractéristiques séparément : a. Procédé de fabrication de la sonde : Nous avons évoqué précédemment le principe du débitmètre thermique. Ce principe montre que la sonde est au cœur de tout débitmètre massique de gaz thermique. Ses performances, bonnes ou mauvaises, déterminent la précision de mesure, la répétabilité, la durée de vie et les caractéristiques de faible débit du débitmètre. La sonde est composée d'un fil de résistance en platine et d'une gaine en acier inoxydable. Le fil chauffant en platine est conducteur, tout comme la gaine en acier inoxydable. L'espaceur entre les deux doit donc présenter une excellente conductivité thermique, mais il ne peut pas conduire l'électricité. Ceci explique le cœur de tout débitmètre thermique : le matériau de remplissage et le procédé de conditionnement de la sonde chauffante. Plus la couche de remplissage est épaisse, plus l'isolation est bonne, mais la conductivité thermique et la sensibilité à la température sont faibles, tout en présentant un décalage. Si la charge est organique, elle vieillit facilement et se fissure, entraînant une dérive du zéro du débitmètre. Si de l'air est présent dans l'entretoise, la sonde étant constamment chauffée, cet air se dilate, provoquant des fluctuations du zéro. Le capteur de vitesse chauffé des débitmètres massiques thermiques traditionnels est encapsulé à l'extrémité de la sonde tubulaire en acier inoxydable, et le mélange est versé entre le capteur et la paroi interne du tube. Ce mélange doit être isolé électriquement tout en garantissant une faible résistance thermique ; il peut s'agir généralement de résine époxy, de ciment céramique, de pâte thermorésistante ou de poudre d'alumine, de poudre d'oxyde de magnésium, etc. Ces capteurs « humides » utilisant les charges susmentionnées présentent certains inconvénients : par exemple, leur résistance thermique superficielle augmente avec le temps, ce qui entraîne une baisse de la courbe de sortie, ce qui entraîne une diminution de la sensibilité du capteur et, à terme, une altération de la précision de mesure. Le remplissage du capteur « humide » présente un coefficient de dilatation thermique différent de celui du capteur de vitesse. Par conséquent, un vieillissement et des fissures se produisent avec le temps, ce qui entraîne une faible précision de mesure et rend difficile le maintien de la précision à long terme. À court terme, un tel conditionnement et un remplissage sont identiques, mais des problèmes tels qu'une faible répétabilité et une dérive du zéro peuvent survenir après six mois et un an. À droite, le schéma anatomique de la sonde du débitmètre thermique SIERRA aux États-Unis. Le capteur de vitesse Sierra est actuellement le seul véritable capteur « sec » au monde. Son procédé de conditionnement unique assure un remplissage parfait entre le capteur de vitesse et la paroi intérieure en acier inoxydable, et utilise non pas de matière organique comme charge, mais de la matière inorganique platine-iridium. La sensibilité et la répétabilité des débitmètres thermiques Sierra sont optimisées. Aucune fissure ni dérive due à des fissures ne se forme dans le remplissage du capteur de vitesse, ce qui améliore considérablement la précision de mesure et garantit une excellente précision à long terme. Le SIERRA est rempli de matériaux inorganiques isolants nanométriques uniques sur ses composants principaux de type thermique. Le moulage haute pression rend ensuite ces matériaux plus denses, garantissant ainsi une stabilité du zéro pendant dix ans. Les deux technologies de conditionnement différentes permettent également d'obtenir des produits de qualité différente. b. Technologie d'étalonnage en flux réel : Tout d'abord, abordons l'importance de l'étalonnage en flux réel des débitmètres massiques de gaz thermiques. Nous avons déjà évoqué le principe de mesure thermique. Ce principe démontre que la mesure du débitmètre massique de gaz thermique est étroitement liée à la conductivité thermique du gaz mesuré. La capacité thermique massique de chaque gaz varie à des températures et des pressions différentes. Il est donc illogique de se fier uniquement à un étalonnage à pression normale ou négative de l'air, puis de le corriger pour obtenir un débitmètre performant. De plus, il a été prouvé que le débitmètre sans étalonnage en flux réel mesure un fluide autre que l'air, avec des écarts de mesure très importants. À l'heure actuelle, la plupart des débitmètres massiques de gaz thermiques sur le marché sont étalonnés avec de l'air à pression négative en circuit ouvert, puis corrigés pour des conditions de haute pression, ou corrigés pour d'autres gaz, tels que l'argon, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'hydrogène, l'ammoniac, etc. La correction de l'étalonnage entraînera inévitablement une précision de mesure qui ne peut être garantie, le compteur après l'étalonnage à basse pression est utilisé dans des conditions de haute pression, le compteur après l'étalonnage du milieu d'air est utilisé dans d'autres milieux gazeux, la précision de mesure ne peut être garantie.

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