FDM09-I 旁通式热质流量计技术白皮书

Venturi × Bypass × Thermal Mass Flow

面向 AI 数据中心液冷、CDU、Manifold、冷板循环与半导体设备冷却的流量 / 液温监测

1. 为什么液冷系统需要「看见细微流量变化」？

在 AI、高性能计算与高功率电子设备中，冷却液持续于 CDU、Manifold、设备支路与冷板之间循环。对设备管理而言，流量不只是单一数值，更是液路是否维持正常循环的重要状态指标。

当冷板阻力逐渐增加、管路局部堵塞、阀件状态改变或泵运行条件改变时，主管路流量可能只先出现小幅度下降或波动。若流量计能更清楚辨识这些变化，就能为设备趋势分析、警报设置与预防性维护提供更早期的数据基础。

从瞬时值走向变化辨识液冷设备不只需要知道「现在多少」，也需要理解流量是否持续变化。

客户真正关心	传统只看瞬时值	FDM09-I 的设计方向
流量是否正在慢慢变差？	看到目前流量	同时重视「变化辨识」与趋势

关键观念：精度（Accuracy）与灵敏度（Sensitivity）不同。

精度描述量测值与实际流量之间的误差；灵敏度则关心输入流量只改变一点点时，传感信号是否能清楚反应。FDM09-I 的产品思路，是通过文丘里与旁通流道，让热质式传感元件工作在更有利于辨识流量变化的条件。

2. FDM09-I 如何量测？一张图看懂

FDM09-I 文丘里主流道与旁通热质式传感结构示意 — FDM09-I 文丘里主流道＋旁通热质式传感结构

1主管流量通过文丘里主管路截面改变，使流速与压力产生可利用的差异。

2P1–P2 建立差压这个差压形成旁通流动的驱动条件。

3小部分液体流经热质传感区旁通孔径与流阻决定工作流量 / 流速。

4由热传信号换算主管总流量经实际设备校准建立信号与主管流量的对应关系。

FDM09-I 的核心不是「让旁通越大越好」，而是让热式传感器长时间落在适合、稳定、可辨识细微变化的工作区。

2-1. FDM09-I 实际机械结构设计：文丘里＋旁通热质式传感器

下图为 FDM09-I 目前实际机械结构设计图。呈现文丘里主流道与热质式传感器的整合方式。这设计目的，是利用 P1–P2 压差将部分液体导入热质传感区，再通过校准建立旁通信号与主管总流量的对应关系。

FDM09-I 文丘里管型机械结构与旁通热质式传感器整合设计 — **文丘里管型机械结构设计**
文丘里主流道＋旁通热质式传感器；适合扩大量程并维持主管流场。

FDM09 三循环量测一致性

三循环流量量测精度验证
三循环平均量测精度：最大误差约 0.63% F.S.，符合 ±1% F.S. 要求。

展开查看三循环平均量测数据

三循环平均标准流量 (L/min)	三循环平均数字流量 (L/min)	平均误差 (L/min)	平均 CTA
13.96	14.51	0.54	1.892
33.48	33.86	0.38	1.993
45.88	46.42	0.54	2.034
54.02	54.27	0.25	2.054
61.99	61.89	-0.11	2.072
70.43	70.50	0.07	2.088
76.94	77.33	0.39	2.098
83.37	83.94	0.57	2.108
89.88	90.00	0.12	2.116
96.20	96.98	0.78	2.125
102.60	102.98	0.38	2.131
108.55	109.10	0.55	2.138
114.50	115.23	0.73	2.143
120.57	121.27	0.70	2.149
126.48	127.12	0.63	2.154
132.19	133.15	0.95	2.159
138.07	138.96	0.88	2.163
143.91	144.77	0.86	2.168
149.69	150.23	0.54	2.173

3. P1–P2 旁通孔径：Ø2 / Ø2.5 / Ø3 mm 怎么选？

以下为第一阶段设计估算，用来决定实际设备验证方向。假设条件：水 25°C、ρ≈997 kg/m³、孔口流量系数 Cd≈0.62、传感器内径 Ø3.8 mm。实际产品仍须纳入管长、弯头、接头、传感器本体与入口 / 出口流阻后，以实际设备标定。

FDM09-I 旁通孔径 Ø2、Ø2.5、Ø3 mm 在不同 P1–P2 差压下的流速设计估算

孔径	旁通特性	ΔP=2 kPa 流速	ΔP=4 kPa 流速	设计判断
Ø2.0 mm	较小	0.34 m/s	0.49 m/s	低流量端信号可能偏弱
Ø2.5 mm	平衡	0.54 m/s	0.76 m/s	建议优先验证
Ø3.0 mm	较大	0.77 m/s	1.10 m/s	高差压端流速偏高

此处数值属第一阶段设计估算；正式产品规格仍需以实际设备标定与校准结果定版。

4. 四种液体流量技术：客户一页比较

没有一种流量计在所有应用都最好。选型应同时考量介质、流量范围、压损、管路条件、气泡、安装空间与后端系统整合。下表以液冷 / 设备冷却情境做质性比较。

比较项目	FDM09-I 旁通热质式	电磁式	涡街式	超声波式
主要原理	文丘里差压＋旁通热传	法拉第电磁感应	卡门涡街频率	超声波传播 / 时差
介质限制	热物性需校准；不依赖电导率	原则上需导电液体	液 / 气 / 蒸汽；需形成稳定涡列	需具可用声学条件
低流量 / 细微变化	设计重点：高灵敏度工作区	通常良好，依口径 / 型号	低流量端受雷诺数（Reynolds number）与信号强度限制	依管路、介质与信号品质
主管路压损	低～中；取决于文丘里与旁通设计	低；量测管通常无阻流体	中；有阻流体（shedder bar）	低；尤其外夹式无侵入
气泡影响	需避免大量气泡进入传感区	可能影响量测稳定性	应维持单相、稳定流况	气泡可能造成信号衰减 / 误差
温度整合	可整合液温	视产品配置	部分产品可整合 T/P	视产品配置
液冷支路特性	适合细微流量变化＋液温监测	适合导电冷却液之通用量测	适合中高流速与一般工业流体	适合重视低压损或外夹安装

5. 四种原理，各自适合什么客户？

6. 客户选型：先问「最重要的是什么？」

选型不是只看「最高精度」单一数字。对液冷设备而言，通常还要一起看：最低 / 最高工作流量、流量变动幅度、允许压损、管径、冷却液配方、气泡状况、安装空间，以及是否需要流量＋液温＋累积量的系统数据。

如果最在意外夹、零侵入、低压损	优先评估超声波式
如果冷却液导电且要成熟通用	优先评估电磁式
如果是一般工业中高流速、液 / 气 / 蒸汽	优先评估涡街式
如果要辨识液冷支路细微流量变化	优先评估 FDM09-I
如果同时想整合液体温度与流量趋势	FDM09-I 可形成差异化优势

7. 从流量计，延伸到液冷系统数据

FDM09-I 的价值不只在「量流量」，更在于把流量与液体温度变成可供系统判读的基础数据。

可提供 / 可延伸数据	客户价值
即时流量	掌握目前液路循环状态
累积流量	记录一段时间的通过总量
液体温度	了解当下热状态
流量不足警报	作为异常管理的第一层信号
趋势分析	观察冷板阻力、管路堵塞、泵或阀件变化
散热功率	搭配供回液温差与冷却液比热，可进一步计算
累积冷却能量	将散热功率随时间积分，可延伸到 kWh 能源管理

应用定位

8. 从设计估算到产品规格：FDM09-I 验证路线

白皮书中应清楚区分「设计概念」、「工程估算」与「量产规格」。目前 P1–P2 孔径与热质式传感器流速属设计估算；正式规格应由实际设备校准结果定版。

Step 1｜水路基准建立主管流量 Qmain、P1–P2 ΔP、旁通流量 Qbypass 的同步数据。

Step 2｜孔径 DOE比较 Ø2 / Ø2.5 / Ø3 mm 的低流量灵敏度、线性、压损与重复性。

Step 3｜热质式传感器热信号建立热质式传感器输出对 Qbypass 的响应曲线，确认最佳工作区。

Step 4｜温度补偿在不同液温下建立补偿系数，降低热物性与粘度变化影响。

Step 5｜介质 K 值针对水 / 不同乙二醇浓度建立 K-factor 或对应校准。

Step 6｜系统验证确认满管、气泡、姿态、直管段、长时间稳定性与压损。

9. 结论：FDM09-I 的差异化不是「另一颗流量计」

FDM09-I 通过「文丘里＋旁通＋热质式」复合架构，把主管路中的部分液体导入特定热式传感区。

这种设计的核心目的，是让热质传感元件维持在更有利于辨识细微流量变化的工作条件，并把流量、液体温度、瞬时量与累积量进一步整合到液冷设备的趋势监测、异常警报与能源管理。

「为液冷系统建立更灵敏、更完整的流量与热状态数据。」

技术比较参考数据

Magnetic Flowmeters / Flowmeters：电磁式基于 Faraday 电磁感应；适用导电液体，量测管可达低压损。
Vortex Flow Meter Technology / Low Flow Measurement：涡街基于 von Karman vortex；低流量端受雷诺数（Reynolds number）与信号强度限制。
Ultrasonic Flowmeter Operating Instructions：液体中过多气泡可能造成量测误差，安装位置与声学条件需纳入考量。

声明：本白皮书中的竞品技术比较为原理层级与典型应用之质性说明，各品牌 / 型号实际性能、精度、量程、压损与安装条件应以其正式规格书为准。FDM09-I P1–P2 孔径与热质式传感器流速数值目前属设计估算，正式规格需以实际设备校准定版。