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熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)工作原理及應(yīng)用場(chǎng)合 氣體質(zhì)量流量計(jì)是如何工作的

時(shí)間:2020-08-19    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

 熱式氣體流量計(jì)采用熱擴(kuò)散原理,熱擴(kuò)散技術(shù)是一種在苛刻條件下性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)典型傳感元件包括兩個(gè)熱電阻(PT100),一個(gè)是速度傳感器,一個(gè)是自動(dòng)補(bǔ)償氣體溫度變化的溫度傳感器。

當(dāng)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)兩個(gè)熱電阻被置于介質(zhì)中時(shí),其中速度傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的一個(gè)恒定的溫度,另一個(gè)溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。流經(jīng)速度傳感器的氣體質(zhì)量流量是通過(guò)傳感元件的熱傳遞量來(lái)計(jì)算的。氣體流速加,介質(zhì)帶走的熱量增多。使傳感器溫度隨之降低。為了保持溫度的恒定,則必須增加通過(guò)傳感器的工作電流,此增加的部分電流大小與介質(zhì)的流速成正比。 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)適用場(chǎng)所: 1.石油化工行業(yè)   應(yīng)用場(chǎng)合:火炬氣排放監(jiān)控    產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):寬量程比,傳感器不易堵塞,可在線插拔清洗,適用氣體廣泛    2.電力行業(yè)     應(yīng)用場(chǎng)合:鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)、磨煤風(fēng)的風(fēng)量測(cè)量    產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):安裝簡(jiǎn)便,無(wú)直管段要求,低壓力損失,無(wú)需溫壓補(bǔ)償,可在苛刻的條件下使用(如:空氣中    含有粉塵、顆粒、磨損嚴(yán)重、低壓力等). 3.冶金行業(yè)     應(yīng)用場(chǎng)合:高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣測(cè)量    產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):按實(shí)際介質(zhì)組份標(biāo)定,可對(duì)組份變化進(jìn)行修正,可在線清洗傳感器,插入長(zhǎng)度可任意調(diào)整   4.電子行業(yè)     應(yīng)用場(chǎng)合:高純度氣體質(zhì)量流量測(cè)量    產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):無(wú)需溫壓補(bǔ)償直接測(cè)量質(zhì)量流量,傳感頭經(jīng)過(guò)高度拋光,可用于貿(mào)易結(jié)算   5.供暖通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)     產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)品反應(yīng)靈敏、運(yùn)行可靠,對(duì)安裝直管段無(wú)嚴(yán)格要求   6.水處理行業(yè)    應(yīng)用場(chǎng)合:測(cè)量曝氣池的空氣流量產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):耐臟、耐塵,真正無(wú)壓降,現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便   7.食品行業(yè)    應(yīng)用場(chǎng)合:向反應(yīng)器中通入適量氣體,控制過(guò)程及質(zhì)量    產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn):衛(wèi)生級(jí)3A,高純凈度,所有接液表面采用不銹鋼,寬量程比.

安裝方便,維修簡(jiǎn)單雙向檢測(cè),防振動(dòng)

多至24點(diǎn)流量測(cè)量

輸出模擬量的校正多點(diǎn)非線性曲線修正

寬量程比100:1

流量與溫度同時(shí)檢測(cè),切換顯示

大口徑小流量測(cè)量,可做泄露檢測(cè)

采用專(zhuān)有技術(shù)“雙平衡結(jié)構(gòu)”封裝傳感器

專(zhuān)有高濕、高溫算法,介質(zhì)溫度可達(dá)500℃

直接質(zhì)量流量檢測(cè),無(wú)需溫度壓力補(bǔ)償

熱式流量計(jì)是基于熱擴(kuò)散原理而設(shè)計(jì)的流量?jī)x表.即利用流體流過(guò)發(fā)熱物體時(shí),發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量呈一定的比例關(guān)系.該系列流量計(jì)的傳感器有兩只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的RTD,一只用來(lái)做熱源,一只用來(lái)測(cè)量流體溫度,當(dāng)流體流動(dòng)時(shí),兩者之間的溫度差與流量的大小成線性關(guān)系,再通過(guò)微電子控制技術(shù),將這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測(cè)量流量信號(hào)的線性輸出。

 

 


目前所用各種型式的氣體流量計(jì),絕大部分是計(jì)量氣體的體積流量。由于氣體的體積隨溫度與壓力的不同而變動(dòng),所以常發(fā)生較大的計(jì)量誤差。如工作壓力經(jīng)常變動(dòng),更使計(jì)量發(fā)生困難。

氣體質(zhì)量流量計(jì)的主要特點(diǎn)是不受溫度與壓力變動(dòng)的影響,其顯示讀數(shù)直接指示氣體的質(zhì)員流量。它具有一系列優(yōu)點(diǎn):

1. 在常壓、高壓或負(fù)壓的條件下均可選用。
2. 可在常溫、100度,甚至又高的溫度下正常運(yùn)行。
3. 適用的量程范圍寬,既能用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小流量的場(chǎng)所也可用于工廠生產(chǎn)中的大型裝置。
4. 流量計(jì)的阻力降極微。
5. 抗介質(zhì)腐蝕的能力強(qiáng)。
6. 計(jì)量精度高。
7.輸出電訊號(hào),可遠(yuǎn)傳顯示,還便于與其他儀表配合后實(shí)現(xiàn)流量記錄.自控或累計(jì)。

質(zhì)量流量計(jì)是一種熱導(dǎo)式儀表早在本世紀(jì)初,托馬斯(Thomas)提出了它的原型,后幾經(jīng)變革慚趨完善。目前許多國(guó)家有這類(lèi)流星計(jì)的工業(yè)產(chǎn)品,廠泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域。雖具體結(jié)構(gòu)各有差異,但其原理是基本一致的。我國(guó)自1976年以來(lái),也已有幾種產(chǎn)品陸續(xù)間世,較多地應(yīng)用于原子能工業(yè)及半導(dǎo)體制造工業(yè)。我們?cè)糜?0大氣壓微型催化反應(yīng)裝置中計(jì)量氫氣流量,己取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。若能把它推廣應(yīng)用于石油、化工業(yè)的各個(gè)方面必將收到良好的效益。

質(zhì)量流量計(jì)原理圖
這種流量計(jì)的基本原理是在一很小直徑(4毫米)的薄壁金屬管(常用不繡鋼、純鎳或蒙乃爾臺(tái)金等耐蝕合金)的外壁,對(duì)稱(chēng)繞上四組電阻絲,相互聯(lián)接組成惠斯頓電橋(見(jiàn)下圖),其守橋留繞組l與繞組3分內(nèi)、外兩層平繞于管了左側(cè)(上游),繞組2與6則同樣地繞于管子的右側(cè)(下游)。如圖接上值電流的直流電源后,電流通過(guò)繞組而致升溫,沿金屆導(dǎo)管軸向形成一個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的溫度場(chǎng)(圖中實(shí)線所示)。當(dāng)氣體流經(jīng)導(dǎo)管時(shí)因氣體吸熱而使上游管壁溫度下降,通過(guò)下游時(shí)氣體放熱,管壁溫度上升,導(dǎo)致了溫度場(chǎng)的變異,即溫度最高點(diǎn)位置向右偏移(圖中虛線所示)。電阻絲采用電阻溫度系數(shù)較大的材料能靈敏地反映溫度的變化而使電橋失去平衡。最后,將電橋的不平衡電壓訊號(hào)放大或者轉(zhuǎn)換成電流訊號(hào)。從理侖上來(lái)說(shuō)這輸出訊號(hào)的大小正比于氣體的質(zhì)量流量與氣體比熱的乘積,可簡(jiǎn)單地表達(dá)為:

式中:E一輸出訊號(hào) k一比例常數(shù)
Cp一氣體比熱(定壓) M一氣體的質(zhì)量流量
A一流量計(jì)各繞組與周?chē)h(huán)境間的總傳熱系數(shù)

就理想氣體而言,氣體的比熱是不隨壓力而變化的常值,所以輸出訊號(hào)僅與氣體的質(zhì)量流量成正。一般的真實(shí)氣體其比熱受壓力影響的變動(dòng)幅度很小故仍可用輸出訊號(hào)直接代表質(zhì)量流量。認(rèn)為與壓力的大小無(wú)關(guān)。在實(shí)用中,因難于計(jì)量氣體的質(zhì)量來(lái)標(biāo)定儀表故常以換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(760毫米汞柱、0℃或760毫米汞柱、20℃)的氣體體積(用“標(biāo)升”或標(biāo)立米”表示)來(lái)標(biāo)稱(chēng)氣體的質(zhì)量。

根據(jù)這種儀表的原理、性能,結(jié)合我們的使用經(jīng)驗(yàn)及測(cè)試情況下面幾個(gè)方面值得注意:

1.當(dāng)儀表的工作條件變換時(shí)(如變更介質(zhì)、環(huán)境溫度大幅度變化等),對(duì)儀表的零位應(yīng)重新加以調(diào)整。同時(shí),儀表的導(dǎo)管必須水平安裝,要用水平儀校準(zhǔn)。否則將增大工作條件變化對(duì)零位漂移的影響。機(jī)架更不可有震動(dòng)或搖擺等情況故不宜在船舶上使用。

2.對(duì)相當(dāng)于0—100kg/cm2壓力、0~7標(biāo)升/小時(shí)流量(空氣)范圍內(nèi)的大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算,用最小二乘法原理求直線回歸方程,其相關(guān)系數(shù)λ值均在0.999~0.9999范圍內(nèi),證明儀表具有良好的線性度。但線性度與量程大小有著流量越大,非線性越嚴(yán)重,所以一般把量程限定在0~4標(biāo)升/時(shí)(空氣)以內(nèi),以確保良好的線性度。為了能測(cè)量大流量而又保證線性度,可采用分流原理來(lái)擴(kuò)展儀表的量程。如采取旁路管、文丘利管、孔板等配合使用,量程可分別擴(kuò)大到每小時(shí)幾十、幾百、幾千標(biāo)升,直至幾萬(wàn)標(biāo)立方。

3.雖然真實(shí)氣體的比熱隨壓力的不同而有變化甚至某些氣體的變動(dòng)幅度還比較大(見(jiàn)表1),但儀表的測(cè)量精度仍能保持桂一定范圍內(nèi)(見(jiàn)表2)。

表1 氣體的定壓比熱(卡/標(biāo)升℃)

表2 儀表的測(cè)量精度(%)

4.導(dǎo)管材質(zhì)的選擇,除了考慮耐腐蝕性以外,以選用導(dǎo)熱性能較好的材料為佳。以測(cè)目氮?dú)鉃槔?,同樣?—100kg/cm2壓力及0~7標(biāo)升/小時(shí)流量的范圍內(nèi)測(cè)試,用鎳管的測(cè)量精度為2~2.5%而用不銹鋼的則為3~4%(鎳的導(dǎo)熱系數(shù)約為不銹鋼的三倍)。

5.由于這類(lèi)儀表必須在氣體比熱相對(duì)穩(wěn)定的情況下才能進(jìn)行正常工作所以凡是氣體成分不穩(wěn)定、氣體中央帶霧沫以及工作條件逼近氣體的液化臨界區(qū)等情況由于比熱值很不穩(wěn)定,均不宜使用這種儀表。如乙烯液化的臨界點(diǎn)是50 kg/cm2、9.9℃,在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力超過(guò)30 kg/cm2時(shí),儀表讀數(shù)就開(kāi)始失穩(wěn)了。

6.若改換了一種氣體介質(zhì),可以重新進(jìn)行標(biāo)定。在儀表的說(shuō)明書(shū)里,常介紹不重新標(biāo)定,而僅根據(jù)兩種氣體的比熱來(lái)?yè)Q算未經(jīng)標(biāo)定的氣體流量雖簡(jiǎn)單方便,但會(huì)造成較大的誤差,尤其是在高壓下工作時(shí),我們發(fā)現(xiàn)儀表的靈敏度并不完全與比熱成正比關(guān)表,更以重新標(biāo)定為妥。

7.本儀表在使用前必須先開(kāi)機(jī)預(yù)熱,在未充分預(yù)熱前,儀表上作不穩(wěn)定。比較好的機(jī)型,其開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間在兩小時(shí)以內(nèi)。

8.在使用過(guò)程中,當(dāng)氣體流量突然改變時(shí),須通過(guò)熱量的傳送,管內(nèi)溫度重新分布,所以輸出訊號(hào)的重新穩(wěn)定需要一定的時(shí)間。為了能減小這種滯后現(xiàn)象,制造廠常在儀表的電氣線路中加設(shè)微分網(wǎng)絡(luò),以使輸出訊號(hào)快速反應(yīng)。這在與其他儀表配合作流量自控時(shí)尤為必要。

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