Thread Content
Tại các khu vực công nghiệp, có rất nhiều nơi cần phải đo lưu lượng khí. Các trường hợp sử dụng điển hình bao gồm không khí, khí gas, khí tự nhiên, khí clo, oxy, khí từ các lò đốt, khí thải từ ô tô, v.v. Trong những trường hợp cần kiểm soát quá trình đốt cháy, việc đo lưu lượng khí rất quan trọng để có thể điều chỉnh tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu một cách tối ưu. Lượng khí được sử dụng trong quá trình đốt cháy ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định và hiệu quả của quá trình đốt cháy. Trong công nghệ hydrocracking trong ngành hóa dầu, việc đo lường và kiểm soát lưu lượng khí hydro cũng có ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao hiệu suất hoạt động. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp trong nước cùng với yêu cầu bảo vệ môi trường đòi hỏi phải sử dụng nhiều nguồn năng lượng mới, việc đo lường khí đốt ngày càng trở nên quan trọng. Nhưng hiện tại, vấn đề đo lường lưu lượng khí vẫn còn khá nghiêm trọng. Ví dụ, các máy đo lưu lượng khí có đường kính lớn và lưu lượng cao gặp phải nhiều vấn đề ； Việc đo lường khí hỗn hợp, nơi mà các thông số như nhiệt độ, áp suất, thành phần có sự thay đổi lớn, cũng là một vấn đề cần được giải quyết gấp. 1.1 Đặc điểm của khí hỗn hợp: Khí hỗn hợp là loại chất được sử dụng phổ biến trong các môi trường công nghiệp. Ví dụ như khí tự nhiên, khí đốt, khí từ các lò đốt, khí thải từ lò hơi… đều thuộc loại khí hỗn hợp. Khí hỗn hợp thường có các đặc điểm sau: a. Bị ô nhiễm nghiêm trọng. Trong khí hỗn hợp thường chứa một số thành phần bẩn, ví dụ: trong khí đốt có chứa nhựa than, bụi và nước – những thành phần gây ô nhiễm ； Khói chứa cả tro bay. b. Thay đổi thành phần. Các thành phần của hỗn hợp khí sẽ có những thay đổi nhất định, thể hiện tính chất biến đổi theo thời gian. Ví dụ: Trong khí đốt có nhiều thành phần khác nhau như CO2, O2, H2, CO, CH4. Khi quy trình sản xuất thay đổi hoặc thành phần nguyên liệu khác nhau, thành phần của khí đốt cũng sẽ thay đổi. Ví dụ khác, khí thải từ đuốc đốt cháy bao gồm các thành phần như hydrocarbon, hydro, hydro sunfua, carbon dioxide, nitơ, v.v. Những thay đổi trong quy trình sản xuất tại nhà máy lọc dầu hoặc tình trạng rò rỉ van cũng có thể khiến tỷ lệ phần trăm của các loại khí trong khí thải này thay đổi. c. Sự thay đổi về nhiệt độ và áp suất. Ví dụ: Nhiệt độ của khí đuốc thay đổi rất lớn, từ vài chục độ dưới không tới nhiệt độ cao khoảng ba bốn trăm độ. Sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của khí hỗn hợp được kiểm tra sẽ gây ra sai số đo lường khá lớn. Vì vậy, việc đo lưu lượng khối lượng của hỗn hợp khí sẽ hợp lý hơn nhiều so với việc đo lưu lượng thể tích. d. Phạm vi biến đổi lưu lượng lớn. Các loại khí hỗn hợp như khí tự nhiên, khí đốt, khí đuốc đều có phạm vi biến thiên lưu lượng rất lớn. Ví dụ, tốc độ dòng khí từ ngọn lửa ở các nhà máy lọc dầu hoạt động bình thường thường khá thấp; trong trạng thái dòng chảy thấp, tốc độ dòng khí thường nằm trong khoảng 0,01–15 m/s. Tuy nhiên, trong trường hợp xảy ra sự cố, tốc độ dòng khí có thể lên tới 60 m/s trong thời gian ngắn. Với khí tự nhiên và khí đốt cũng vậy; lượng khí chảy vào hệ thống vào giờ cao điểm có thể cao gấp hơn 20 lần so với lượng khí chảy vào giờ thấp điểm. 1.2 Thảo luận về các phương pháp đo lưu lượng khí: Hầu hết các phương pháp đo lưu lượng khí hiện có đều tồn tại những hạn chế ở mức độ khác nhau khi đo lưu lượng khí, do đó khó có thể giải quyết triệt để vấn đề này. Phương pháp đo lưu lượng khí chỉ có thể được thực hiện thông qua các máy đo lưu lượng cụ thể. Dưới đây là phân tích về các loại máy đo lưu lượng khí thường được sử dụng, cùng những vấn đề xuất hiện trong quá trình đo lưu lượng khí. 1.2.1 Máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy: Máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy là loại máy đo lưu lượng mới được phát triển vào những năm 1970. Hiện nay, nó đã trở thành một trong những loại máy đo lưu lượng phổ biến được sử dụng rộng rãi. Được sử dụng rộng rãi để đo lưu lượng khí, chất lỏng và hơi. Máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy phát triển rất nhanh, đặc biệt là về các phương pháp phát hiện tín hiệu và xử lý tín hiệu. Việc sử dụng máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy mang lại một số ưu điểm: ví dụ như dễ lắp đặt và gây ít tổn thất áp suất ； Có thể đo nhiều loại chất lỏng khác nhau, chẳng hạn như chất lỏng, khí, hơi nước ； Độ chính xác khá cao ； Dải đo rộng, có thể lên tới 10:1~20:1 ； Trong một khoảng số Reynolds nhất định, tín hiệu đầu ra không bị ảnh hưởng bởi các tính chất của chất lỏng (độ đặc, độ nhớt) cũng như thành phần của chất lỏng đó. Nói cách khác, hệ số của thiết bị chỉ phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bộ tạo xoáy và ống dẫn mà thôi ； Chỉ cần hiệu chuẩn trên một loại môi trường điển hình là có thể sử dụng được với nhiều loại môi trường khác nhau. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng thực tế, máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy cũng có một số nhược điểm: nó không phù hợp để đo lưu chất có giá trị Reynolds thấp ； Độ ổn định của hiện tượng tách vòng xoáy trong dòng chất lỏng có liên quan đến sự biến dạng trong phân bố vận tốc dòng chảy và dòng chảy quay. Do đó, cần phải bố trí những đoạn ống thẳng có chiều dài đủ lớn, hoặc lắp đặt các thiết bị điều chỉnh dòng chảy, tùy thuộc vào loại rào cản tồn tại ở phía thượng nguồn ； Máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy sử dụng phương pháp cảm biến lực khá nhạy cảm với các dao động cơ học trong ống, nên không thích hợp để sử dụng trong môi trường có chấn động mạnh ； So với máy đo lưu lượng tuabin, hệ số đo của nó thấp hơn và độ phân giải cũng kém hơn. Khi sử dụng máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy để đo lưu lượng khí, các yếu tố như rung động của ống do thiết bị tăng áp gây ra, lực tác động của khí trong ống, cùng với áp suất dao động ngẫu nhiên của khí, đều có thể ảnh hưởng đến việc đo lưu lượng. Hơn nữa, trong ứng dụng thực tế, việc đảm bảo tốc độ dòng khí trên 5 m/s thường rất khó khăn; điều này khiến cho máy đo lưu lượng kiểu vòng xoáy gặp phải hiện tượng đo sai lệch rõ rệt ở những tốc độ dòng chảy thấp. 1.2.2 Máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất: Máy đo lưu lượng kiểu này hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra chênh lệch áp suất do các bộ phận hạn chế dòng chảy được lắp đặt trong ống dẫn. Lưu lượng được tính toán dựa trên các thông số như điều kiện của chất lỏng, các bộ phận hạn chế dòng chảy, cũng như kích thước hình học của ống dẫn. Lượng sử dụng của nó đứng đầu trong số các thiết bị đo lưu lượng. Trong những năm gần đây, cùng với việc sử dụng ngày càng phổ biến các loại máy đo lưu lượng mới, thị phần của máy đo lưu lượng dựa trên hiệu số áp suất đã dần giảm. Tuy nhiên, hiện tại chúng vẫn là loại máy đo lưu lượng quan trọng nhất. Máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất được sử dụng rộng rãi trong việc đo lưu lượng khí, và hiện là loại máy đo lưu lượng phổ biến nhất dùng để đo lưu lượng khí đốt và khí tự nhiên. Theo các cuộc khảo sát gần đây, trong số các thiết bị đo lưu lượng khí tự nhiên, ở quốc tế thì các loại van kiểm soát tiêu chuẩn chiếm khoảng 55%, còn ở trong nước thì con số này vào khoảng 80%. Máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất gồm thiết bị cảm biến và thiết bị xử lý dữ liệu. Thông thường, các máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất được phân loại dựa trên hình dạng của bộ phận điều tiết dòng chảy, như máy đo lưu lượng kiểu van lỗ, máy đo lưu lượng kiểu ống Venturi, máy đo lưu lượng kiểu ống tốc độ đồng đều, v.v. Bộ phận điều tiết của máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất (đặc biệt là bộ phận điều tiết loại tiêu chuẩn) khá phổ biến và đã được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế công nhận. Nghiên cứu thực nghiệm về các bộ phận làm giảm áp suất trong máy đo lưu lượng dựa trên hiệu số áp suất là một hoạt động mang tính quốc tế; các loại máy đo lưu lượng khác khó có thể đạt được mức độ sâu rộng tương tự. Đồng hồ đo lưu lượng chênh lệch áp suất loại tiêu chuẩn là loại đồng hồ duy nhất có thể được sử dụng ngay mà không cần phải hiệu chuẩn bằng dòng chất lỏng thực tế. Máy đo lưu lượng dựa trên chênh lệch áp suất cũng có một số hạn chế trong quá trình sử dụng: độ lặp lại của kết quả đo và độ chính xác ở mức trung bình khá thấp, và khó có thể nâng cao hơn nữa ； Dải đo khá hẹp, thường chỉ từ 3:1 đến 4:1 ； Không thể sử dụng trong những môi trường có sự thay đổi lớn về lưu lượng. Một số tài liệu cũng đề xuất các phương pháp để mở rộng phạm vi đo của máy đo lưu lượng dựa trên chênh lệch áp suất; tuy nhiên, yêu cầu về việc lắp đặt thiết bị tại hiện trường khá cao ； Ống dẫn áp lực dễ gặp các sự cố như rò rỉ, tắc nghẽn, đóng băng và méo hình ảnh tín hiệu ； Độ tổn thất áp suất cao. Máy đo lưu lượng dựa trên chênh lệch áp suất không phù hợp để sử dụng với các loại khí hỗn hợp bẩn như khí gas, khí tự nhiên, khí thải, v.v. Nguyên nhân chủ yếu là: a. Khí gas và khí tự nhiên có những giai đoạn sử dụng cao và thấp khác nhau, dẫn đến sự thay đổi lớn về lưu lượng. Trong khi đó, dải đo của máy đo lưu lượng dựa trên chênh lệch áp suất không lớn, điều này gây ra sai số đáng kể trong quá trình sử dụng. Trong ứng dụng thực tế, người ta thường sử dụng cách nối các ống phụ song song với ống chính để mở rộng phạm vi đo của máy đo lưu lượng dựa trên chênh lệch áp suất. Tuy nhiên, cách này khiến hệ thống đo lường trở nên phức tạp hơn, chi phí đầu tư cũng cao hơn, và công việc bảo trì cũng tăng lên. b. Trong các loại khí hỗn hợp như khí gas, khí tự nhiên, khí thải, có chứa nhiều tạp chất bẩn; điều này thường gây ra tình trạng tắc nghẽn ống dẫn áp lực, cũng như làm thay đổi tính chất của các bộ phận điều tiết dòng chảy khí. Vì vậy, một số công ty đã phát triển những tấm lưới có thể được làm sạch dễ dàng, nhằm giúp việc vệ sinh chúng diễn ra định kỳ hoặc không định kỳ, từ đó đảm bảo hoạt động ổn định của các thiết bị đo lường và độ chính xác trong việc đo lường. Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn khó có thể giải quyết hết các vấn đề gây ra bởi tình trạng bẩn thỉu của những tấm lưới này. c. Độ tổn thất áp suất lớn, gây khó khăn trong việc vận chuyển khí qua đường ống. Ngoài ra, máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất không thể được sử dụng với chất lỏng oxy cũng như trong các môi trường có áp suất thấp. 1.2.3. Máy đo lưu lượng bằng rô-to: Máy đo lưu lượng bằng rô-to còn được gọi là máy đo lưu lượng bằng vật thể nổi, và thuộc loại máy đo lưu lượng dựa trên nguyên lý thay đổi diện tích. Máy đo lưu lượng kiểu rô-to có cấu trúc đơn giản; mức độ sử dụng của nó chỉ xếp sau máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc đo lưu lượng ở các mức lưu lượng nhỏ. Máy đo lưu lượng một rôto có những nhược điểm như đường kính ống sử dụng nhỏ và có nhiều hạn chế trong việc lắp đặt. Máy đo lưu lượng rotor có độ chính xác thấp, cần được hiệu chuẩn bằng khí thực tế, và chỉ có thể được sử dụng trong những trường hợp không yêu cầu độ chính xác cao (độ chính xác dưới mức 2,5). Còn đối với các loại khí như khí gas, khí tự nhiên, chúng thường gặp phải những vấn đề liên quan đến việc thanh toán trong quá trình buôn bán. Do đó, cần phải đảm bảo độ chính xác trong việc đo lường. Ngoài ra, sự thay đổi thành phần của hỗn hợp khí cũng ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra của máy đo dòng chảy. Vì vậy, máy đo dòng chảy kiểu roto không phù hợp để sử dụng trong trường hợp có hỗn hợp khí, hoặc khi yêu cầu về độ chính xác cao và đường kính ống lớn. 1.2.4 Máy đo lưu lượng kiểu tuabin: Máy đo lưu lượng kiểu tuabin gồm bộ cảm biến và thiết bị hiển thị dữ liệu. Bộ cảm biến sử dụng rôto có nhiều cánh để đo tốc độ dòng chảy trung bình của chất lỏng, từ đó xác định được lưu lượng. Tốc độ dòng chảy của rôto có thể được phát hiện bằng các phương pháp như cảm biến từ trường, cảm biến quang điện, v.v.; sau đó thông tin này sẽ được thiết bị ở phía sau xử lý, hiển thị và ghi lại. Máy đo lưu lượng tuabin được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại chất cần đo như dầu mỏ, chất lỏng hữu cơ, chất lỏng vô cơ, khí hóa lỏng, khí tự nhiên, khí đốt và các chất lỏng ở nhiệt độ thấp. Ở nước ngoài, tại các trạm vận chuyển và xử lý khí dầu mỏ hóa lỏng, dầu thô đã qua chế biến và dầu thô loại nhẹ, cũng như tại các trạm đầu cuối của các đường ống vận chuyển dầu thô quy mô lớn, người ta thường sử dụng máy đo lưu lượng kiểu tuabin để tính toán các khoản thanh toán trong giao dịch. Ở châu Âu và Hoa Kỳ, máy đo lưu lượng tuabin là thiết bị dùng để đo lượng khí tự nhiên, xếp sau máy đo lưu lượng bằng tấm lỗ về mức độ sử dụng. Máy đo lưu lượng tuabin có những ưu điểm sau: độ chính xác cao, thường đạt mức 0,5%–0,2% ； Phạm vi đo thông thường; tỷ lệ giữa lưu lượng tối đa và tối thiểu thường nằm trong khoảng 6:1~10:1 ； Độ lặp lại tốt ； Độ mất áp suất thấp ； Đầu ra tín hiệu số ； Dễ lắp đặt và sửa chữa. Những hạn chế của máy đo lưu lượng bằng tuabin là: không thể duy trì được độ chính xác trong thời gian dài, cần phải tiến hành hiệu chuẩn định kỳ ； Nhìn chung, không phù hợp để đo lưu lượng của các chất có độ nhớt cao ； Tính chất của chất lỏng (độ đặc, độ nhớt) ảnh hưởng lớn đến đặc tính dòng chảy ； Sự phân bố tốc độ dòng chảy và hiện tượng biến dạng ảnh hưởng lớn đến lưu lượng ； Yêu cầu độ sạch của chất liệu được kiểm tra rất cao. Có thể thấy rằng, mặc dù máy đo lưu lượng kiểu tuabin có độ chính xác cao, nhưng phạm vi đo của nó khá hạn chế. Ngoài ra, thiết bị này còn dễ bị ô nhiễm và hao mòn. Chi phí sản xuất các máy đo lưu lượng kiểu tuabin có đường kính lớn cũng khá cao. Do đó, nó chiếm một vị trí quan trọng trong việc đo lưu lượng khí sạch ở các đường ống có kích thước vừa và nhỏ (nhỏ hơn DN300), nhưng lại khó có thể được sử dụng trong trường hợp khí bẩn như khí gas, khí tự nhiên. 1.2.5. Máy đo lưu lượng bằng sóng siêu âm: Đây là loại thiết bị dùng để đo lưu lượng chất lỏng, bằng cách phát hiện tác động của chùm sóng siêu âm lên dòng chất lỏng khi nó chảy. Nó không gây ra tổn thất áp suất, và là một trong những loại máy đo lưu lượng phát triển nhanh nhất trong những năm gần đây. Loại máy đo lưu lượng này có ưu điểm vượt trội trong việc đo lưu lượng ở các đường ống có đường kính lớn. Các phương pháp đo lưu lượng bằng sóng siêu âm trên các đường ống kín có thể được chia thành: phương pháp dựa trên thời gian truyền sóng, phương pháp hiệu ứng Doppler, phương pháp dịch chuyển chùm sóng, phương pháp tương quan, và phương pháp dựa trên nhiễu. Ứng dụng của máy đo lưu lượng siêu âm bắt đầu từ những năm 1990. Nhờ có những ưu điểm nổi bật như độ chính xác cao, dải đo rộng, không gây tổn thất áp suất, không có bộ phận chuyển động, nên thiết bị này được người dùng ưa chuộng và được sử dụng để đo lưu lượng khí. Cho đến nay, đã có 12 quốc gia như Hoa Kỳ, Hà Lan, Anh… chấp thuận sử dụng máy đo lưu lượng siêu âm làm công cụ đo lường hợp pháp trong các giao dịch thương mại. Nhưng nó chỉ phù hợp với các loại ống có đường kính lớn, và giá cả thì khá cao. Hiện nay, có một số ít người dùng trong nước sử dụng máy đo lưu lượng siêu âm nhập khẩu để đo lưu lượng. 1.2.6. Máy đo lưu lượng khí loại bánh răng xoắn ốc: Đây là loại máy đo lưu lượng dựa trên nguyên lý thể tích. Máy này có độ chính xác cao và độ tin cậy tốt. Khi lắp đặt, không cần phải có đoạn ống thẳng ở phía trước và phía sau máy. Phạm vi đo lường của máy khá rộng, có thể lên tới 10:1. Tuy nhiên, do các lý do về cấu trúc, khi lắp đặt máy đo lưu lượng bằng bánh răng khí, vỏ máy không thể chịu đựng được các lực tác động từ đường ống. Ngoài ra, chất lỏng sử dụng phải cực kỳ sạch sẽ (nếu không, các bộ phận quay của máy dễ bị kẹt). Do đó, việc ứng dụng nó trong việc đo lưu lượng khí hỗn hợp bị hạn chế ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, do máy đo lưu lượng bằng bánh răng có đường kính lớn khá cồng kềnh, nên chúng hiếm khi được sử dụng trên các đường ống có đường kính lớn. Trên thực tế, chúng chủ yếu được dùng để đo lưu lượng khí ở các đường ống có đường kính nhỏ. Một số loại máy đo lưu lượng kiểu thể tích khác, như máy đo lưu lượng kiểu ướt, máy đo lưu lượng Rohter, cũng gặp khó khăn trong việc được sử dụng để đo lưu lượng của các loại khí hỗn hợp do những hạn chế về mặt lắp đặt. 1.2.7. Máy đo lưu lượng khí theo nguyên lý nhiệt Đây là loại máy đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt; cụ thể, nó sử dụng mối quan hệ trao đổi nhiệt giữa khí chảy và nguồn nhiệt để đo lưu lượng khí. Vào những năm 1960, Hoa Kỳ là quốc gia đầu tiên phát triển các thiết bị đo lưu lượng khí dạng nhiệt cho ngành hàng không vũ trụ. Sau đó, công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn. Máy đo lưu lượng khí kiểu nhiệt có những đặc điểm sau: có thể đo được lưu lượng rất nhỏ ở tốc độ dòng chảy thấp ； Không có bộ phận chuyển động, độ tin cậy cao ； Độ mất áp suất rất nhỏ, gần như có thể bỏ qua được ； Đo trực tiếp lưu lượng khối lượng, không cần điều chỉnh áp suất và nhiệt độ ； Đầu ra tín hiệu điện, giá trị đầu ra lớn ； Tỷ lệ đo rất cao (1000:1) ； Giá cả không liên quan nhiều đến đường kính ống; việc lắp đặt rất dễ dàng ； Khả năng tái tạo tốt. Hiện nay, máy đo lưu lượng khí loại nhiệt đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp để đo lưu lượng khí, chẳng hạn như đo lưu lượng khí tự nhiên, khí đốt, không khí, khí từ các lò đốt, khí hydro, khí oxy; trong ngành công nghiệp ô tô (đo lưu lượng khí thải từ xe hơi); trong các hệ thống CEMS; trong lĩnh vực y tế (đo lưu lượng oxy và các chất dùng trong y tế); trong ngành năng lượng (điều chỉnh lượng khí cần thiết cho quá trình đốt cháy); trong hệ thống sưởi ấm và thông gió; cũng như trong các lĩnh vực công cộng (đo lưu lượng khí clo, ozone, v.v.). 1.3. Đo lưu lượng khối lượng của khí gas: Từ phân tích về các thiết bị đo lưu lượng ở phần trước, có thể thấy rằng hầu hết các thiết bị đo lưu lượng đều dùng để đo lưu lượng theo thể tích. Trong lĩnh vực đo lường công nghiệp, nhiệt độ, áp suất và thành phần của chất lưu liên tục thay đổi. Điều này khiến cho kết quả đo lượng dòng chất lưu bị sai lệch đáng kể, từ đó làm mất đi ý nghĩa của việc đo lường. Trong những ứng dụng này, việc đo lưu lượng khối lượng của chất lỏng có giá trị thực tế hơn nhiều so với việc đo lưu lượng thể tích. Những tình huống này bao gồm việc pha trộn và kiểm soát chất lượng trong sản xuất công nghiệp, cân bằng vật liệu và năng lượng, cũng như thanh toán thương mại, v.v. Sau hơn 20 năm nghiên cứu và ứng dụng, con người đã phát triển được các máy đo lưu lượng chất lượng có giá trị thực tế trong công nghiệp. Các phương pháp đo lưu lượng chất lượng phổ biến chủ yếu gồm phương pháp gián tiếp và phương pháp trực tiếp. 1.3.1. Phương pháp đo lưu lượng khối lượng gián tiếp: Đây là phương pháp đo lưu lượng khối lượng được sử dụng từ khá sớm trong ngành công nghiệp. Trong những trường hợp mà yêu cầu về độ chính xác của việc đo lường không cao, phạm vi thay đổi của nhiệt độ và áp suất nhỏ, hoặc mối quan hệ giữa nhiệt độ và mật độ của chất lưu có tính tuyến tính, thì phương pháp đo lưu lượng khối lượng gián tiếp được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, đối với các chất có mối quan hệ tương đối phức tạp giữa nhiệt độ, áp suất và mật độ, thì rất khó để thực hiện việc bù trừ một cách tự động và chính xác. Đồng thời, phương pháp đo này yêu cầu phải đo nhiều tham số trung gian, với nhiều bước đo khác nhau; điều này khiến cho độ chính xác trong việc đo lưu lượng chất lỏng khó có thể được đảm bảo và nâng cao. 1.3.2. Phương pháp đo lưu lượng khối lượng trực tiếp. Ngày nay, phương pháp đo lưu lượng khối lượng trực tiếp đã phát triển thành nhiều loại máy đo lưu lượng khối lượng khác nhau. Trong số đó, một số máy đo lưu lượng chất lượng được phát triển dựa trên cơ sở của máy đo lưu lượng thể tích. Ví dụ, máy đo lưu lượng khối lượng kiểu chênh lệch áp suất được tạo thành từ bảng lỗ và máy bơm có lưu lượng cố định; máy đo lưu lượng khối lượng kiểu hai tuabin được tạo thành từ hai tuabin, v.v. Do những lý do về cấu tạo, các máy đo dòng chảy này khó có thể được ứng dụng rộng rãi. Hiện nay, trong các ứng dụng thực tế, để đo lưu lượng khối lượng của chất lỏng hoặc các chất lỏng chiếm tỷ trọng cao trong dòng chất lỏng hỗn hợp, người ta chủ yếu sử dụng máy đo lưu lượng khối lượng kiểu Coriolis. Còn để đo lưu lượng khối lượng của khí, người ta thường sử dụng máy đo lưu lượng khối lượng kiểu nhiệt. Hiện nay, máy đo lưu lượng khối lượng Coriolis vẫn còn một số hạn chế trong quá trình ứng dụng; nó chủ yếu được sử dụng để đo các chất lỏng đơn pha. Cũng có một số nghiên cứu cho thấy phương pháp này có thể được ứng dụng trong việc đo lưu lượng của các khí có mật độ cao, nhưng những kết quả nghiên cứu này vẫn chưa đạt đến mức có thể được sử dụng thực tế. Máy đo lưu lượng khí theo phương pháp nhiệt có nguồn gốc từ “máy đo tốc độ gió bằng dây nhiệt”. Khi những ưu điểm của công nghệ đo bằng phương pháp nhiệt được nhận thức rõ hơn, các máy đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt đã phát triển một cách nhanh chóng. Đồng hồ đo lưu lượng khí kiểu nhiệt được chia thành hai loại: loại cân bằng năng lượng và loại đối lưu. Máy đo lưu lượng dựa trên nguyên lý cân bằng năng lượng còn được gọi là máy đo lưu lượng phân tán nhiệt hoặc máy đo lưu lượng dựa trên việc đo nhiệt lượng. Còn máy đo lưu lượng kiểu dòng chảy thì dựa vào định luật của Kim liên quan đến hiệu ứng tiêu hao nhiệt (làm mát), và cũng được gọi là máy đo lưu lượng kiểu xâm nhập hoặc kiểu chèn vào. Cảm biến lưu lượng nhiệt dựa trên nguyên lý cân bằng năng lượng thường được sử dụng để đo lưu lượng ở mức thấp; còn khi đo lưu lượng ở mức cao, người ta thường dùng cảm biến lưu lượng khí nhiệt loại dựa trên nguyên lý đối lưu. Cảm biến lưu lượng nhiệt kiểu đối lưu được chia thành hai loại: loại giữ nguyên năng lượng (dòng chảy ổn định) và loại giữ nguyên nhiệt độ (nhiệt độ ổn định). Tốc độ phản ứng của máy đo lưu lượng khí loại nhiệt với độ ổn định nhiệt độ cao thì nhanh hơn so với loại có độ ổn định năng lượng cao; đây chính là hướng phát triển chính của các máy đo lưu lượng khí loại nhiệt hiện nay. Các máy đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt học truyền thống yêu cầu khí cần được đo phải là chất có thành phần đơn nhất hoặc có thành phần cố định; đồng thời, các điều kiện vận hành của máy cũng khá khắt khe. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất chuyên về các thiết bị đo lưu lượng khí kiểu nhiệt hàng đầu trên thế giới, như SIERRA của Mỹ, đã phát triển được những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực này. Nhờ đó, các thiết bị đo lưu lượng khí do họ sản xuất có thể đo lường chính xác trong những điều kiện công nghệ phức tạp, cũng như trong trường hợp khí chứa nhiều thành phần khác nhau. Hơn nữa, thời gian sử dụng của sản phẩm có thể lên tới 10 năm mà hiệu suất vẫn được duy trì ở mức tốt. 1.4. Phân tích khả thi của các phương pháp đo lưu lượng khí hỗn hợp. Từ những phân tích trước đó có thể thấy rằng, máy đo lưu lượng bằng sóng siêu âm và máy đo lưu lượng dựa trên nguyên lý nhiệt độ rất phù hợp để đo lưu lượng khí hỗn hợp. Tuy nhiên, máy đo lưu lượng bằng sóng siêu âm có giá thành cao, vì vậy khó có thể được áp dụng rộng rãi. Máy đo lưu lượng khí kiểu nhiệt có giá cả hợp lý, dễ sử dụng, và có những ưu điểm nhất định khi đo lưu lượng các loại khí hỗn hợp. Do đó, việc nghiên cứu về máy đo lưu lượng khí kiểu nhiệt có triển vọng rất tốt. Bề mặt tiếp xúc giữa đầu dò đo lưu lượng khí kiểu nhiệt và khí được tạo thành từ các loại kim loại hoặc hợp kim khác nhau, có khả năng chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao, và bề mặt dễ được làm sạch khi bị bẩn. Thông thường được thiết kế theo kiểu lắp đặt có van điều khiển, cho phép thực hiện các công việc như lắp đặt, rút ra và vệ sinh cảm biến mà không cần ngắt dòng khí. Như vậy có thể loại bỏ tác động do sự bẩn thỉu của khí hỗn hợp gây ra. Máy đo lưu lượng khí kiểu nhiệt đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của khí, từ đó có thể loại bỏ ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của khí một cách hiệu quả. Máy đo lưu lượng khí kiểu nhiệt gây ra lực cản cho chất lỏng rất nhỏ, gần như không có sự mất áp suất. Dải đo của máy đo lưu lượng kiểu nhiệt rất rộng, rất phù hợp với đặc điểm là lưu lượng của khí hỗn hợp thay đổi mạnh.