摘(zhāi)要:介紹(shào)了熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liàng)計 的測(cè)量原理(lǐ),表頭電(diàn)路仿真(zhen)過程和(hé)儀表參(can)數設置(zhì)。應😍用兩(liǎng)個熱電(dian)阻傳感(gǎn)器，一個(ge)測流速(su)，另一個(gè)測溫。通(tōng)過電橋(qiáo)電路調(diào)整兩個(ge)探頭至(zhi)恒溫差(cha)，通過标(biāo)定不同(tóng)流速下(xia)的電橋(qiáo)加熱功(gong)率實現(xiàn)熱式氣(qi)體瞬時(shi)♊流量的(de)準确計(ji)量。由于(yú)儀表電(diàn)路的複(fu)雜🚶性，采(cai)用電路(lu)仿真的(de)方☀️法對(duì)電橋電(dian)路進行(hang)測試，針(zhen)對不同(tóng)測🏃🏻‍♂️溫傳(chuan)感器的(de)工況溫(wen)度值，仿(páng)真不同(tóng)氣體流(liú)速下，不(bú)同測速(sù)探頭的(de)實時溫(wen)度值，驗(yan)證了👅不(bú)同瞬時(shí)流量下(xia)測溫探(tàn)頭的加(jia)熱功率(lǜ)并不相(xiàng)同.且❌具(ju)有标定(dìng)可☀️行性(xìng)。再以美(mei)國斯雅(ya)樂🈲氣體(tǐ)質量流(liu)量計爲(wèi)例❤️，詳細(xi)介紹了(le)熱式流(liú)量計的(de)儀表計(ji)量數據(ju)和配置(zhì)參數。熱(rè)式氣體(ti)質量流(liu)量計具(jù)有靈敏(min)度、重複(fu)性高的(de)工業計(jì)量儀表(biǎo)，尤其适(shì)用于😘大(da)管徑、低(dī)流速的(de)測量場(chang)合。
　　熱式(shi)氣體流(liú)量計是(shi)一種可(kě)以直接(jie)測量氣(qi)體質量(liang)流量🈚的(de)流👣量計(ji)，其具有(you)重複性(xìng)、可靠性(xìng)、穩定性(xìng)高和㊙️精(jing)度高,在(zai)測量🤟現(xian)場靈敏(mǐn)度佳，尤(you)其适用(yong)于大管(guǎn)徑、低流(liu)速的測(cè)量。由于(yú)熱式氣(qì)體質量(liang)流量計(jì)具有壓(ya)‼️損小、機(jī)械結構(gou)多樣、安(an)裝靈活(huó)、使用方(fang)便諸多(duo)優點🔴，被(bei)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場氣體(tǐ)🔴的流量(liang)測量。依(yī)據《JJG1132-2017熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liàng)計》檢定(dìng)規程，對(duì)首👨‍❤️‍👨次檢(jiǎn)定、後續(xù)檢定和(he)使用中(zhong)檢定做(zuò)了明确(què)的技術(shu)要求。
1測(ce)量原理(lǐ)
　　熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)探頭有(you)兩個傳(chuan)感器，其(qi)中一個(gè)溫度傳(chuan)感器測(cè)量管道(dao)内氣體(ti)介質的(de)溫度，另(lìng)一個爲(wèi)介質速(sù)度傳感(gan)器，通💰過(guò)電加熱(rè)作用将(jiāng)速度傳(chuán)感器的(de)溫度加(jia)熱至高(gāo)于溫度(dù)傳感器(qi)測量得(dé)到的🏃‍♀️溫(wen)度，并且(qiě)保持兩(liang)個傳感(gǎn)器溫📧差(chà)的恒定(dìng)。當氣體(tǐ)介質流(liú)動帶走(zou)速度傳(chuán)感器❓上(shang)的熱量(liàng)時，表頭(tóu)上的電(diàn)橋電路(lu)爲保持(chi)兩個傳(chuán)感器的(de)🤟溫差恒(héng)定，速度(du)傳感器(qì)需要額(e)外進行(hang)電補償(cháng)加熱，這(zhè)個補償(cháng)的加熱(rè)功率🤟大(dà)小和氣(qi)體介質(zhi)的質量(liàng)流量成(chéng)正比。在(zai)實際應(ying)用中，測(cè)溫傳感(gǎn)器通常(cháng)應用Pt1000或(huo)者Pt300，測速(su)傳感器(qi)一般♍使(shǐ)用Pt20。由于(yú)在t℃時，兩(liǎng)種傳感(gǎn)器的電(diàn)阻變化(huà)幅度并(bing)不✍️相同(tong)，這樣就(jiu)造成電(dian)橋的不(bú)平衡，導(dao)緻電橋(qiáo)連接比(bǐ)較器❄️輸(shu)人端的(de)電壓不(bú)同，從而(ér)觸☁️發新(xīn)的加熱(rè)動作🛀🏻。
 
　　其(qi)中，qm熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計瞬時(shi)流量值(zhí)，kg/s;K是流量(liang)計出廠(chǎng)标✂️定的(de)修正系(xi)數值;△P熱(re)式流量(liàng)計電橋(qiao)加熱功(gong)率，kJ/s;C。測量(liàng)氣體介(jie)質的定(dìng)壓比熱(re)容，kJ(kg.℃);△t熱式(shì)流量計(ji)兩個傳(chuan)感器的(de)溫差值(zhí)，℃;qvN是氣體(tǐ)介質的(de)标況體(ti)積流量(liang),Nm3/h;ρN是氣體(tǐ)介質的(de)标況密(mi)度值，kg/m3。
　　由(yóu)式(1)、式(2)可(kě)見，對于(yu)不同管(guan)徑下的(de)氣體測(cè)量，确定(dìng)氣♊體⭐介(jiè)質的☁️前(qian)提下，通(tōng)過标定(ding)修正系(xì)數K值就(jiù)能實現(xiàn)現場🔆瞬(shùn)時流量(liàng)和累積(jī)流量的(de)計量。
2電(diàn)路仿真(zhēn)
　　熱式氣(qì)體質量(liàng)流量計(jì)采用電(dian)橋平衡(héng)電路對(duì)測溫和(hé)測速兩(liang)個傳感(gǎn)器進行(háng)激勵，以(yi)Pt20和Pt1000的組(zǔ)合爲例(lì)，電橋左(zuǒ)邊回路(lù)R1+Pt20，電橋右(you)邊回路(lù)R2+Pt1000;電阻R1的(de)阻值爲(wèi)4.9Ω，電阻R2的(de)阻值爲(wèi)270.5Ω，測量Pt1000的(de)阻值就(jiù)可以計(ji)算出測(ce)溫傳感(gan)器的溫(wen)度值。由(you)👅于通過(guò)49Ω采樣電(dian)阻和Pt1000的(de)電流相(xiàng)同，分别(bié)對兩個(ge)電阻的(de)電壓進(jìn)行采集(jí)，通過比(bi)率就可(kě)以計算(suàn)出當前(qian)Pt1000的電阻(zu)值，進而(er)計算出(chu)測溫傳(chuán)感器的(de)溫度值(zhi)。由于采(cai)樣電阻(zu)49Ω對測量(liang)✨的準确(que)度影響(xiǎng)很大，需(xu)要電阻(zǔ)具備低(dī)溫漂和(hé)高精度(dù)的特性(xing)，在使用(yong)的過程(chéng)中通常(cháng)需要對(dui)采樣電(diàn)阻進行(háng)标定，通(tōng)常是應(ying)用标準(zhǔn)電阻箱(xiang)接人Pt1000的(de)位置，計(jì)🌐算出采(cai)樣電阻(zu)的準确(que)電阻值(zhí)與49Ω進行(hang)比較，後(hòu)續将此(cǐ)修正系(xì)數帶人(rén)計.算過(guo)⛷️程。對熱(re)式橋電(diàn)路進行(hang)仿真過(guò)🈲程如下(xià):假設管(guan)道内空(kōng)氣介質(zhì)的溫度(dù)爲20℃，則測(cè)溫傳感(gǎn)器Pt1000的🌂電(diàn)阻值爲(wèi)1077.935Ω。基于上(shang)述電橋(qiáo)特性，測(ce)速傳感(gǎn)器Pt20需達(dá)到63.67℃(産生(shēng)43.67℃溫差)才(cai)能至電(diàn)橋平衡(heng)，停止對(duì)測速傳(chuán)感器進(jìn)🤩行加熱(re)。
 
　　假設測(ce)溫傳感(gan)器Pt1000的溫(wen)度恒定(dìng)在20℃不變(biàn)，當不同(tóng)流速的(de)空✌️氣介(jiè)質在管(guǎn)道内流(liú)過測速(su)傳感器(qì)Pt20時，流速(su)越㊙️大帶(dai)走的🏃‍♀️熱(re)量越多(duo)，即Pt20的溫(wēn)度越低(dī)，Pt20阻值越(yuè)小。分别(bie)假設Pt20的(de)溫度爲(wei)25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應(yīng)的電阻(zu)😄值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電(diàn)💞橋R1阻值(zhi)上的電(dian)壓值分(fen)别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和(hé)0.419V。由⭐此可(ke)見，熱式(shì)氣體質(zhi)🍉量流量(liàng)計流量(liang)越大時(shi)，電橋采(cǎi)樣電阻(zǔ)的電壓(yā)值越大(da)，将采樣(yang)🍓值與标(biāo)準流♍量(liang)值進行(háng)對應就(jiù)可以實(shi)現熱式(shì)💃氣體質(zhi)量流量(liang)計的出(chu)廠标定(ding)。同理，假(jiǎ)設🐪測溫(wen)傳感器(qì)Pt1000的💃🏻溫度(dù)爲70℃(1270.7510)，測速(su)傳感器(qi)Pt20如果達(dá)到平衡(héng)停止加(jiā)熱溫度(dù)爲119.77%C(恒溫(wen)差❗49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下(xia)R1的電壓(ya)值分别(bie)爲1.903V、1.834V和1.749V,也(yě)驗證了(le)上述仿(páng)真的正(zheng)确性。
3儀(yi)表設置(zhì)
　　工業現(xiàn)場應用(yòng)的熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liàng)計種類(lèi)繁多，儀(yí)表參數(shù)配置也(yě)各不相(xiàng)同，以熱(re)式氣體(tǐ)質量流(liu)量計爲(wèi)例，流量(liang)計的接(jie)線端子(zǐ)包括:交(jiao)流AC220V供電(diàn)、直流DC24V供(gòng)電;瞬時(shi)流量4mA~20mA信(xin)号輸出(chu)、工況溫(wēn)度4mA~20mA信号(hào)輸出、工(gong)況表壓(ya)4mA~20mA信号輸(shu)出(有些(xie)工況現(xiàn)場并不(bú)進行溫(wēn)壓補償(chang)，所以熱(re)式探頭(tóu)并不具(jù)備溫度(dù)和壓力(li)測量功(gōng)能)，流量(liàng)當量脈(mò)沖Pulse信号(hao)輸出;串(chuan)口RS22數據(ju)通信接(jiē)口;繼電(dian)器Alarm輸出(chū)接口。美(měi)國斯雅(yǎ)樂熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liàng)計的經(jīng)典型号(hào)是640i和780i系(xi)列流量(liàng)計，儀表(biao)的液晶(jīng)采用緊(jǐn)湊的點(diǎn)陣式液(yè)晶，上電(dian)後依次(cì)顯示産(chan)品版本(ben)号、儀表(biǎo)序列号(hao)、儀表的(de)量程上(shang)限、氣體(ti)介質類(lei)型和備(bei)注Tag标識(shi)。由于LCD的(de)篇幅有(yǒu)限，一個(ge)頁面并(bìng)不能顯(xian)示完全(quán)所有的(de)儀表計(ji)量數據(jù)和配置(zhi)參數，并(bìng)且工業(ye)儀表配(pei)有防護(hu)外殼，需(xu)要設置(zhì)菜單的(de)滾動顯(xian)示是否(fou)開啓。熱(rè)式流量(liàng)計的計(ji)量數據(jù)包括瞬(shun)時流量(liang)、工況溫(wēn)度、工況(kuang)壓力和(he)累積流(liú)量值，表(biao)頭也可(ke)以根據(ju)現場的(de)工藝要(yào)求設置(zhi)上限或(huò)下限告(gào)警動作(zuò)。
　　熱式氣(qì)體流量(liàng)計的氣(qi)體介質(zhi)包括:空(kōng)氣、二氧(yǎng)化碳🥰、甲(jia)烷(沼氣(qi))和氧氣(qi)。針對現(xian)場的管(guǎn)道情況(kuang)，還需要(yao)設置管(guǎn)道内徑(jìng)、管道内(nèi)壁粗😍糙(cāo)度(不同(tóng)管道材(cái)質會影(yǐng)響氣體(ti)計量的(de)準确度(dù)，如碳鋼(gang)和不鏽(xiu)鋼的管(guǎn)道下，氣(qì)體的瞬(shùn)時流量(liàng)值會有(you)少許變(biàn)化)。設置(zhì)瞬時流(liu)量單位(wèi)、工況溫(wēn)度單位(wèi)、工況壓(ya)力單位(wei)、設定工(gōng)況壓力(li)♈值、儀表(biao)修正系(xi)數、小流(liu)量切除(chú)、校準日(ri)期，以及(ji)電流♉輸(shu)出通道(dào)4mA和20mA校準(zhun)，4mA壓力下(xià)限值、20mA壓(yā)力💃上限(xian)值、4mA溫度(du)下限值(zhi)、20mA溫度上(shang)限值，阻(zu)尼濾波(bō)值(1~200)。除了(le)通過儀(yi)表按鍵(jian)設置參(can)數之外(wai)，也可以(yǐ)通過RS232或(huò)🏃者RS485連接(jie)儀表配(pèi)🈲套的上(shàng)位機配(pèi)置軟件(jian)，實現計(jì)量數據(jù)的實時(shí)采集記(jì)錄🛀🏻和配(pèi)置參數(shu)的設置(zhi)。
4結論
　　熱(re)式氣體(tǐ)質量流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理，熱式(shi)電橋電(diàn)路的仿(páng)真☀️過程(chéng)和常規(guī)表頭的(de)參數設(shè)置過程(cheng)。熱式氣(qì)體流量(liàng)計應用(yòng)兩個熱(rè)電阻傳(chuan)感器(分(fèn)别測流(liú)速和測(cè)工況溫(wen)度),并通(tong)過電橋(qiáo)電路調(diào)整兩個(gè)傳感器(qi)至恒溫(wen)差效果(guǒ);通過标(biāo)定不同(tóng)流速下(xia)電橋✏️電(dian)路的加(jia)熱功率(lü)，實現熱(rè)式氣體(ti)瞬時流(liú)量的準(zhǔn)确計量(liang);通過采(cǎi)用電路(lu)仿真的(de)方法對(duì)電橋電(diàn)路的複(fú)雜工作(zuò)過程進(jìn)行了測(ce)試，測溫(wen)傳感器(qi)在不同(tong)㊙️的工況(kuàng)溫度下(xià)，仿真不(bu)同氣體(tǐ)流速下(xià)測速探(tàn)頭的實(shí)時溫度(du)值，驗證(zhèng)了儀表(biǎo)标定可(kě)行性。熱(re)式氣👈體(ti)質量流(liú)量計是(shì)具有較(jiào)高的靈(ling)敏度和(hé)重複🌈性(xìng)的工業(ye)計量儀(yí)表，尤其(qi)🔞适用在(zai)大管徑(jing)、低流速(su)的工業(yè)場合。

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