摘要:介紹了(le)熱式氣體質(zhì)量流量計 的(de)測量原理,表(biǎo)頭電路仿真(zhen)過程和儀表(biǎo)參數設置。應(yīng)用兩個熱👅電(diàn)阻傳感器，一(yi)個測流速，另(lìng)一個測溫。通(tōng)過電橋電路(lu)🌂調整兩個✍️探(tan)頭至恒溫差(cha)，通過标定🌏不(bu)同流🤟速下的(de)電橋加熱功(gong)率實現熱式(shì)氣體瞬時流(liú)量的準确計(jì)量。由🍉于儀表(biao)電❗路的複雜(za)❌性，采用電路(lu)仿真的方法(fa)對電橋電路(lù)進行測試，針(zhen)對不同測溫(wēn)傳感器的✔️工(gong)況溫度值，仿(páng)真不同氣體(tǐ)流速下，不同(tong)測速探🎯頭的(de)實🈚時溫度值(zhi)，驗證了不同(tong)瞬時流量下(xià)測溫探頭的(de)加熱功率并(bing)不相同.且具(jù)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻有标定可行(hang)性。再以🍉美國(guo)斯雅樂氣體(ti)質量流量計(ji)爲例，詳細介(jiè)紹了熱式流(liú)量計的儀❌表(biao)計量數據和(he)配置參數。熱(re)式氣體質量(liàng)流量計具有(you)靈敏度、重複(fú)性高的工業(yè)計量儀表，尤(yóu)其适用于大(da)管徑、低流速(sù)的測量場合(hé)。
　　熱式氣體流(liú)量計是一種(zhong)可以直接測(cè)量氣體質量(liàng)㊙️流量的流量(liang)🤞計，其具有重(zhòng)複性、可靠性(xìng)、穩定性高和(he)精度高,在📐測(ce)量🔅現場靈敏(min)度佳，尤其适(shì)用于大管徑(jìng)、低流速的測(cè)量♍。由于熱式(shi)氣體質量流(liu)量計具有壓(ya)損小、機械結(jie)構多樣、安裝(zhuang)靈活🈲、使用方(fang)便諸多優點(diǎn)，被廣泛應用(yong)于現場氣體(ti)的流量測量(liàng)。依據《JJG1132-2017熱式氣(qì)體質量流量(liàng)計》檢定規程(cheng)，對首☁️次檢定(dìng)、後續檢定和(hé)使用中檢🌈定(ding)做了明确的(de)技術要求。
1測(cè)量原理
　　熱式(shi)氣體質量流(liu)量計探頭有(you)兩個傳感器(qi)，其中一個溫(wen)度傳感器測(cè)量管道内氣(qì)體介質的溫(wen)度，另一😍個爲(wei)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻介質速度🧡傳(chuán)感器，通過電(diàn)加熱作用将(jiāng)速度傳🥰感器(qì)的溫度加熱(re)至高于溫度(du)傳感器測量(liàng)得到的溫度(dù)，并且保持兩(liǎng)個傳感器溫(wen)差的恒定。當(dāng)氣體介🥵質流(liu)動帶走😘速度(du)傳感器上的(de)熱量時，表頭(tóu)上的電橋電(dian)路爲保持兩(liǎng)個傳感器的(de)溫差恒定，速(sù)度🐕傳感器需(xu)要額🐉外進行(hang)電補償加熱(rè)，這個補償的(de)加熱功率大(da)小和氣體介(jiè)質的質量流(liú)量成正比。在(zai)實際應用中(zhong)，測溫傳感器(qi)通常應用Pt1000或(huò)者Pt300，測速傳感(gǎn)器🚶‍♀️一般使用(yòng)Pt20。由于在t℃時，兩(liǎng)種傳感器的(de)電阻變化幅(fú)度并不相同(tong)，這樣就造成(chéng)電橋的不平(píng)衡，導緻電橋(qiao)連接比👉較器(qì)輸人端的電(diàn)壓不同，從而(er)觸發新的加(jiā)熱動作。
 
　　其中(zhong)，qm熱式氣體質(zhì)量流量計瞬(shùn)時流量值，kg/s;K是(shi)流量計出廠(chang)标定的修正(zhèng)系數值;△P熱式(shì)流量計電橋(qiáo)加熱功率，kJ/s;C。測(ce)量氣體介質(zhì)的定壓比熱(rè)容，kJ(kg.℃);△t熱式流量(liang)計兩個傳感(gǎn)器的溫差值(zhi)，℃;qvN是氣體介質(zhì)的标況體積(ji)流量,Nm3/h;ρN是氣體(ti)介質的标況(kuàng)密度值，kg/m3。
　　由式(shì)(1)、式(2)可見，對于(yu)不同管徑下(xia)的氣體測量(liàng)，确定氣體介(jie)📱質的前提下(xia)，通過标定修(xiu)正系數K值就(jiu)能實現現場(chang)瞬時流量💁和(he)累積流量的(de)計量。
2電路仿(páng)真
　　熱式氣體(ti)質量流量計(ji)采用電橋平(píng)衡電路對測(cè)溫和測速👉兩(liǎng)個傳感器進(jìn)行激勵，以Pt20和(hé)Pt1000的組合爲例(li)，電橋左邊回(hui)🐪路R1+Pt20，電橋右邊(bian)回路R2+Pt1000;電阻R1的(de)阻值爲4.9Ω，電阻(zǔ)R2的✊阻值爲♊270.5Ω，測(ce)量Pt1000的阻值就(jiu)可以計算出(chu)測溫傳感器(qì)的溫度值。由(yóu)于通過49Ω采👄樣(yang)電阻和Pt1000的電(dian)流相同，分别(bié)對兩個電阻(zǔ)的電壓進行(hang)采集，通過比(bi)率就可以計(jì)算✨出當前Pt1000的(de)電♻️阻值，進而(er)計算出測溫(wēn)傳感器的🔞溫(wēn)度🥰值。由于采(cǎi)樣電阻🌈49Ω對測(cè)量㊙️的準确度(du)影響很大，需(xu)要電阻具備(bei)低溫漂和⁉️高(gao)精度的特性(xing)，在使用的過(guò)程中通常需(xu)要對采樣電(dian)阻進行标定(ding)，通常是應用(yòng)标準電阻箱(xiang)接人Pt1000的位置(zhì)，計算出采樣(yang)電阻的準确(què)電🧡阻值與49Ω進(jin)行比較，後續(xu)将此修正系(xì)數帶人計.算(suan)過👨‍❤️‍👨程。對☔熱式(shì)橋電路進行(háng)仿真過程如(rú)下:假設管道(dào)内👨‍❤️‍👨空氣介質(zhì)的溫度爲20℃，則(zé)測溫傳感器(qì)Pt1000的電㊙️阻值爲(wèi)1077.935Ω。基于上述電(diàn)橋特性，測速(sù)傳感器Pt20需達(dá)到63.67℃(産生43.67℃溫差(cha))才能至電橋(qiao)平衡，停止‼️對(duì)測速傳感器(qì)進行加熱。
 
　　假(jiǎ)設測溫傳感(gan)器Pt1000的溫度恒(heng)定在20℃不變，當(dāng)不同流速的(de)空♻️氣介質在(zai)管道内流過(guo)測速傳感器(qì)Pt20時，流速越🏃‍♀️大(da)帶走的熱量(liàng)越多，即Pt20的溫(wen)度越低，Pt20阻值(zhi)越小。分别假(jia)設Pt20的溫度爲(wei)25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應的電(diàn)阻值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電橋(qiáo)R1阻值上的👣電(diàn)壓值分别爲(wei):2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和0.419V。由此可見(jian)，熱式氣體質(zhì)量流量計🏃🏻‍♂️流(liú)量越大時，電(dian)橋采樣電阻(zǔ)的電壓值越(yuè)大，将采樣🐉值(zhi)與标準流💃量(liang)值進行對應(yīng)就可以實現(xiàn)熱式氣體質(zhì)量流量計的(de)出🈚廠标定。同(tong)理，假設測溫(wen)傳感器Pt1000的溫(wēn)♻️度爲70℃(1270.7510)，測速傳(chuán)感器🛀Pt20如果達(dá)到平衡停止(zhǐ)⁉️加熱溫度爲(wei)119.77%C(恒溫差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下(xia)R1的電壓值分(fen)别爲1.903V、1.834V和1.749V,也驗(yàn)證了💯上述🔴仿(pang)真的正确性(xìng)。
3儀表設置
　　工(gōng)業現場應用(yòng)的熱式氣體(tǐ)質量流量計(ji)種類繁多，儀(yi)表參數配置(zhi)也各不相同(tong)，以熱式氣體(ti)質量流量計(jì)爲例，流量計(jì)的接線端子(zǐ)包括:交流AC220V供(gòng)電、直流DC24V供電(dian);瞬時流量4mA~20mA信(xìn)号輸出、工況(kuang)溫度4mA~20mA信号輸(shū)出、工況表壓(yā)4mA~20mA信号輸出(有(you)些工況現場(chang)并不進行溫(wēn)壓補償，所以(yi)熱式探頭并(bìng)不具備溫度(dù)和壓力測量(liang)功能)，流量當(dāng)量脈沖Pulse信号(hao)輸出;串口RS22數(shu)據通信接口(kou);繼電器Alarm輸出(chū)接口。美國斯(sī)雅樂熱式氣(qi)體質量流量(liàng)計的經典型(xing)号是640i和780i系列(liè)流量計，儀表(biao)的液晶采用(yòng)緊湊的點陣(zhen)式液晶，上電(diàn)後依次顯示(shì)産品版本号(hào)、儀表序列号(hào)、儀表的量程(chéng)上限、氣體介(jie)質類型和備(bèi)注Tag标識。由于(yú)LCD的篇幅有限(xiàn)，一個頁面并(bìng)不能顯示完(wan)全所有的儀(yí)表計量數據(jù)和配置參數(shu)，并且工業儀(yi)表配有防護(hu)外殼，需要設(shè)置菜單的滾(gun)動顯示是否(fǒu)開啓。熱式流(liú)量計的計量(liang)數據包括瞬(shun)時流量、工況(kuàng)溫度、工況壓(yā)力和累積流(liu)量值，表頭也(ye)可以根據現(xian)場的工藝要(yao)求設置上限(xian)或下限告警(jing)動作。
　　熱式氣(qì)體流量計的(de)氣體介質包(bao)括:空氣、二氧(yang)化碳、甲烷(沼(zhao)氣)和氧氣。針(zhēn)對現場的管(guǎn)道情況，還需(xū)要設🐆置管道(dào)内徑、管道内(nei)壁粗糙度(不(bu)同管道材質(zhì)會影響氣體(ti)計量的準确(que)度，如碳鋼😄和(hé)不鏽鋼的管(guan)道下，氣體的(de)瞬時流量值(zhi)會有少許🐕變(biàn)化)。設置瞬時(shí)流量👄單位、工(gōng)況溫度單位(wei)、工況壓力單(dān)位、設😄定工況(kuang)壓力值、儀表(biao)修正系數、小(xiǎo)流量切除、校(xiao)準日期，以及(ji)電流💰輸出通(tōng)道4mA和20mA校準，4mA壓(yā)力下📧限值、20mA壓(ya)力上限值、4mA溫(wēn)度下限值、20mA溫(wēn)度上限值，阻(zǔ)尼濾波值(1~200)。除(chu)了通✍️過儀表(biǎo)按鍵設置參(can)數之外，也可(kě)以通過RS232或🍉者(zhě)RS485連接儀表配(pei)套的上位機(jī)配置軟件，實(shí)現計量數據(ju)的實時采集(ji)記錄💃🏻和配置(zhì)參數的設置(zhi)。
4結論
　　熱式氣(qi)體質量流量(liang)計的工作原(yuán)理，熱式電橋(qiáo)電路🤟的仿真(zhen)過程和常規(gui)表頭的參數(shu)設置過程。熱(rè)式氣體流量(liàng)計應用兩個(ge)熱電🚶阻傳感(gan)器(分别測流(liu)速和測工況(kuàng)溫度),并🏃🏻‍♂️通過(guo)電橋電路調(diào)整兩個傳感(gǎn)器至恒溫差(chà)效果;通過标(biao)🛀🏻定不同流速(su)下電橋電路(lù)的加熱功率(lü)，實現熱式氣(qi)體瞬時流量(liang)的準确計量(liàng);通過♈采用電(diàn)路仿真的方(fāng)法對電橋電(dian)路的複雜工(gōng)作過程進行(háng)了❗測試，測溫(wēn)傳感器在不(bú)同的工況溫(wen)度下，仿真不(bú)同氣體流速(su)🌈下測速探頭(tóu)的實時溫度(du)值，驗證了儀(yí)表💞标定可行(hang)性。熱式氣體(tǐ)質量流量計(jì)♍是具有較高(gao)的靈敏度和(hé)重複性的工(gōng)業計量儀表(biao)，尤其适用在(zai)大管💞徑、低流(liu)速的工業場(chang)合。

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