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说说热式质量流量计与热传导技术共同点
发布日期:2019/7/17 9:02:33
发展历史
  通过认真研究分析,一种基于热传导效应原理的新型仪表进入了我们的视线,这种仪表就是热式质量流量计(以下简称热式流量计)。虽然是新型仪表,但是其测量原理在20世纪早就提出,20世纪80年代,在一些发达国家热传导技术已经开始用于气体质量流量的测量。不过由于受微电子技术所限,当时热式流量计存在很多缺陷,例如响应速度慢,易受干扰等,所有只在一些特殊场合应用于小流量监测,或者作为流量开关使用。
  进入21世纪后,随着微电子和计算机技术的迅猛发展,过去制约热式流量计的瓶颈不复存在,计算速度、精度、抗干扰能力都大幅提升,热式流量计技术得到了快速发展,目前已经广泛应用于石油、化工、钢铁冶金、电力、轻工、医药、环保等行业。
3。2常用测量方式
  热式流量计根据热传递方式和加热方式的不同有多种实现形式,目前比较常用的有恒温差式和恒功率式2种。2种方式均需要2个热敏元件作为传感器,并配套相应的控制和计算电路,以及处理器和加热器。
  恒温差方式是先加热一个热敏元件,使其比不加热的元件高出一个恒定的温度。随着介质的流动,被加热的元件由于散热温度会降低,通过反馈电路反馈到处理器增大加热器的电流(也可以是电压)来保持其温差为恒定值,再通过检测变化的电流(或电压)来获得流量的变化值。
  恒功率方式是在加热器上加上一个恒定的功率对其中一个热敏元件加热,介质在静态时被加热的元件和不加热的元件之间温差zui大,随着介质的流动温差减小,通过测量温差的变化来获得流量的变化。
3.3恒温差和恒功率方式比较
  从控制角度,早期实现恒温差控制比实现恒功率更容易,响应更快,因此zui初恒温差方式应用较多。但是,恒功率式相比恒温差有几个不可替代的优点,所以目前恒功率热式流量计成为了主流,这些优点包括:[1]
(1)恒功率式流量计的量程更大。随着介质流量的增加,被加热的电阻的热量被迅速带走。对于恒温差式流量计,要保持恒定的温差,需要加热电路能够快速反应。但是,受输出功率和线路zui大电流影响,流量计的加热功率不可能无限制增加,因此其zui大值受到限制。而恒功率型的则不受这点影响,其量程能够做的比较大。
(2)恒功率流量计不容易受到脏湿介质的影响。恒温差流量计需要快速调节温度响应,一般热电阻均比较细,而恒功率流量计热电阻可以做得比较粗。对于脏湿介质测量时,较细的电阻,其附着物对热电阻散热产生较大的影响,严重时使其测量精度大大降低。恒功率由于热电阻可以做的相对较粗,对脏湿介质的测量会好很多。
(3)恒温差式流量计不对温度的变化进行补偿,恒功率式却能对全范围温度变化进行自动补偿。由于热流量和平衡常数随温度的变化而变化,一般在30℃的范围内为常数,当测量气体温度超过这一范围时,气体的热流量系数和平衡常数均会发生变化。恒功率式流量计由于其测量原理,能对全温度变化范围内的热流量系数和平衡常数进行自动补偿。
(4)恒功率与恒温差式流量计在耐高温方面有着显著的差异。目前而言,恒功率的zui高耐温可以做到454℃,而恒温差的流量计一般都在260℃以内,这对于测量过热蒸汽而言,其适应性有很大的差别。
3.4恒功率插入热式流量计测量原理
  综上所述,本次课题我们决定选用恒功率热式插入流量计,具体结构如图1所示。该型流量计的插入探头带有2个铂热电阻传感器,以一定的位置置于流体中,其中一个给予加热功率P,使其温度升至T1,另一个不加热,用于监测介质温度,设为T2。于是2个温度传感器之间产生温差ΔT=T1-T2。在流量为零时,ΔTzui大,随着介质流量Q的增大,温度传感器T1的热量被带走,T1减小,ΔT减小。因此,上述的加热功率P、温差ΔT与质量流量Q之间存在对应的函数关系,对于恒功率热式流量计而言,加热功率P等于常数P0。根据流体力学,该函数
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