摘要:介(jie)紹了熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計 的(de)測量原(yuan)理,表頭(tou)電路仿(pang)真過程(cheng)和儀表(biao)參數設(she)置。應用(yong)兩個熱(re)電阻傳(chuan)感器，一(yi)個測流(liu)速，另一(yi)個測溫(wen)。通過電(dian)橋電路(lu)調整❄️兩(liang)個探頭(tou)至恒溫(wen)差，通過(guo)标定👨‍❤️‍👨不(bu)同流速(su)下的電(dian)橋加熱(re)功率實(shi)現熱式(shi)氣體瞬(shun)時流量(liang)的準确(que)計量。由(you)于儀表(biao)電路的(de)複雜性(xing)，采用電(dian)🈲路仿真(zhen)的方法(fa)對電橋(qiao)電路進(jin)行測試(shi)，針對不(bu)同測😍溫(wen)傳感器(qi)的工況(kuang)溫度值(zhi)，仿真✏️不(bu)同氣體(ti)流速下(xia)，不同測(ce)速探🍉頭(tou)的實時(shi)溫度值(zhi)，驗證了(le)🏃不同瞬(shun)時流量(liang)下測溫(wen)探頭的(de)加熱功(gong)率并不(bu)相同.且(qie)具有标(biao)定可😍行(hang)性。再以(yi)🌈美國斯(si)雅樂氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)爲例🔞，詳(xiang)細♉介紹(shao)了熱式(shi)流量計(ji)的儀表(biao)計量數(shu)據和配(pei)置參數(shu)👉。熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)具有靈(ling)敏度、重(zhong)複性高(gao)的工📐業(ye)計量儀(yi)表，尤其(qi)适用于(yu)大管徑(jing)🍉、低流速(su)的測量(liang)場合。
　　熱(re)式氣體(ti)流量計(ji)是一種(zhong)可以直(zhi)接測量(liang)氣體質(zhi)量流量(liang)的流量(liang)計，其具(ju)有重複(fu)性、可靠(kao)性、穩定(ding)性高和(he)精度高(gao),在❌測量(liang)現場靈(ling)敏度佳(jia)，尤其适(shi)用于大(da)管徑、低(di)流速的(de)測量⛷️。由(you)于熱⛷️式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計具有(you)壓損小(xiao)、機械✍️結(jie)構多樣(yang)💁、安裝靈(ling)活、使用(yong)方便諸(zhu)多優點(dian)📱，被廣泛(fan)應用于(yu)現場氣(qi)體的流(liu)量測量(liang)。依據《JJG1132-2017熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計》檢(jian)定規程(cheng)，對首次(ci)檢定、後(hou)續檢定(ding)和使用(yong)中檢定(ding)做了明(ming)确的技(ji)術要求(qiu)👅。
1測量原(yuan)理
　　熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計探頭(tou)有兩個(ge)傳感器(qi)，其中一(yi)個溫度(du)傳感器(qi)測量管(guan)道内氣(qi)體介質(zhi)的溫度(du)，另一個(ge)爲介質(zhi)速度傳(chuan)感器，通(tong)🚶過電加(jia)熱作用(yong)将速度(du)傳感器(qi)的溫度(du)加熱至(zhi)高于溫(wen)度傳感(gan)器測量(liang)得到的(de)溫度，并(bing)且保持(chi)兩個傳(chuan)感器溫(wen)🔞差的恒(heng)定。當氣(qi)體介質(zhi)流動帶(dai)走速度(du)傳感器(qi)🤩上的熱(re)量時，表(biao)頭上的(de)電橋電(dian)路爲保(bao)持兩個(ge)傳感器(qi)的溫差(cha)恒定，速(su)度傳感(gan)器需要(yao)額外進(jin)行電補(bu)償加熱(re)，這個補(bu)償的加(jia)熱功😍率(lü)大小和(he)氣體介(jie)質的質(zhi)量流量(liang)成正比(bi)。在實際(ji)應用中(zhong)，測溫💜傳(chuan)感器通(tong)常應用(yong)Pt1000或者Pt300，測(ce)速傳感(gan)器一般(ban)使用Pt20。由(you)于在t℃時(shi)，兩種傳(chuan)感器的(de)電阻變(bian)化幅度(du)并不相(xiang)同，這樣(yang)就造成(cheng)電橋的(de)不平衡(heng)，導緻電(dian)橋連接(jie)比較器(qi)輸人端(duan)的電壓(ya)不同，從(cong)而觸♊發(fa)新的加(jia)熱動作(zuo)。
 
　　其中，qm熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計瞬(shun)時流量(liang)值，kg/s;K是流(liu)量計出(chu)🙇‍♀️廠标定(ding)⛹🏻‍♀️的修正(zheng)系數值(zhi);△P熱式流(liu)量計電(dian)橋加熱(re)功率，kJ/s;C。測(ce)量氣體(ti)介💰質的(de)定壓🈚比(bi)熱容，kJ(kg.℃);△t熱(re)式流量(liang)計兩個(ge)傳感器(qi)🈚的溫差(cha)值，℃;qvN是氣(qi)體介質(zhi)的标況(kuang)體積流(liu)量,Nm3/h;ρN是氣(qi)體介質(zhi)🌏的标況(kuang)密度值(zhi)，kg/m3。
　　由式(1)、式(shi)(2)可見，對(dui)于不同(tong)管徑下(xia)的氣體(ti)測量，确(que)定氣體(ti)介質♌的(de)前提下(xia)，通過标(biao)定修正(zheng)系數K值(zhi)就能實(shi)現現場(chang)♊瞬時流(liu)量⭕和累(lei)🆚積流量(liang)的計量(liang)。
2電路仿(pang)真
　　熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liang)計采用(yong)電橋平(ping)衡電路(lu)對測溫(wen)和測速(su)兩個傳(chuan)感器進(jin)行激勵(li)，以Pt20和Pt1000的(de)組合爲(wei)例，電橋(qiao)左邊回(hui)路R1+Pt20，電橋(qiao)右邊回(hui)路R2+Pt1000;電阻(zu)R1的阻值(zhi)爲4.9Ω，電阻(zu)R2的阻值(zhi)爲270.5Ω，測量(liang)Pt1000的阻值(zhi)就可以(yi)計🔴算出(chu)測溫傳(chuan)感器的(de)溫度值(zhi)。由于通(tong)過49Ω采樣(yang)電阻和(he)Pt1000的電流(liu)相同，分(fen)别對兩(liang)個電阻(zu)的電壓(ya)進行采(cai)集，通過(guo)比率就(jiu)可以計(ji)算📧出當(dang)前Pt1000的電(dian)⛱️阻值，進(jin)而計算(suan)出測溫(wen)傳感器(qi)的溫度(du)值。由于(yu)采樣電(dian)阻49Ω對測(ce)量的準(zhun)确度影(ying)響很大(da)，需要電(dian)👨‍❤️‍👨阻具備(bei)低溫漂(piao)和高精(jing)度的特(te)性，在☀️使(shi)用的過(guo)程🍉中通(tong)常需要(yao)對采樣(yang)電阻進(jin)行标定(ding)，通常是(shi)應用标(biao)🐅準電阻(zu)箱接人(ren)Pt1000的位置(zhi)，計算出(chu)采樣電(dian)阻的準(zhun)确電阻(zu)值與49Ω進(jin)行比較(jiao)，後續将(jiang)此修正(zheng)系數帶(dai)人計.算(suan)過🔱程。對(dui)熱式橋(qiao)電路進(jin)行仿真(zhen)過程🔴如(ru)下:假設(she)管道内(nei)空氣介(jie)質的溫(wen)度爲20℃，則(ze)測溫傳(chuan)感器Pt1000的(de)電阻值(zhi)爲1077.935Ω。基于(yu)上述電(dian)橋特性(xing)，測速傳(chuan)感器Pt20需(xu)達到63.67℃(産(chan)生43.67℃溫差(cha))才🌍能至(zhi)電橋平(ping)衡，停止(zhi)😘對測速(su)傳感器(qi)進行加(jia)熱。
 
　　假設(she)測溫傳(chuan)感器Pt1000的(de)溫度恒(heng)定在20℃不(bu)變，當不(bu)同流速(su)的空氣(qi)介質在(zai)管道内(nei)流過測(ce)速傳感(gan)器Pt20時，流(liu)速越大(da)帶走的(de)熱量越(yue)多，即Pt20的(de)溫度越(yue)低，Pt20阻值(zhi)越小。分(fen)别🌈假設(she)Pt20的溫度(du)爲25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對(dui)應的電(dian)阻值爲(wei)21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電橋R1阻(zu)值上的(de)電壓值(zhi)分别爲(wei):2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和0.419V。由此(ci)可見，熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計流(liu)量越大(da)時，電橋(qiao)采樣電(dian)阻的電(dian)壓值越(yue)大，将采(cai)樣🛀值與(yu)标準流(liu)量值進(jin)行對應(ying)就可以(yi)實現熱(re)式氣體(ti)💋質量流(liu)量計的(de)出廠标(biao)定📧。同理(li)，假設🚶‍♀️測(ce)溫傳感(gan)器Pt1000的溫(wen)度爲70℃(1270.7510)，測(ce)速傳感(gan)器Pt20如果(guo)達到平(ping)衡停止(zhi)加熱溫(wen)度爲119.77%C(恒(heng)溫差49.779C),Pt20在(zai)75℃、90℃、110℃下R1的電(dian)壓值分(fen)别爲1.903V、1.834V和(he)1.749V,也驗證(zheng)了❌上述(shu)❌仿真的(de)正确性(xing)。
3儀表設(she)置
　　工業(ye)現場應(ying)用的熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計種(zhong)類繁多(duo)，儀表參(can)數配置(zhi)也各不(bu)相同，以(yi)熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)爲例，流(liu)量計的(de)接線端(duan)子包括(kuo):交流AC220V供(gong)電、直流(liu)DC24V供電;瞬(shun)時流量(liang)4mA~20mA信号輸(shu)出、工況(kuang)溫度4mA~20mA信(xin)号輸出(chu)、工況表(biao)壓4mA~20mA信号(hao)輸出(有(you)些工況(kuang)現場并(bing)不進行(hang)溫壓補(bu)償，所以(yi)熱式探(tan)頭并不(bu)具備溫(wen)度和壓(ya)力測量(liang)功能)，流(liu)量當量(liang)脈沖Pulse信(xin)号輸出(chu);串口RS22數(shu)據通信(xin)接口;繼(ji)電器Alarm輸(shu)出接口(kou)。美國斯(si)雅樂熱(re)式氣體(ti)質量流(liu)量計的(de)經典型(xing)号是640i和(he)780i系列流(liu)量計，儀(yi)表的液(ye)晶采用(yong)緊湊的(de)點陣式(shi)液晶，上(shang)電後依(yi)次顯示(shi)産品版(ban)本号、儀(yi)表序列(lie)号、儀表(biao)的量程(cheng)上限、氣(qi)體介質(zhi)類型和(he)備注Tag标(biao)識。由于(yu)LCD的篇幅(fu)有限，一(yi)個頁面(mian)并不能(neng)顯示完(wan)全所有(you)的儀表(biao)計量數(shu)據和配(pei)置參數(shu)，并且工(gong)業儀表(biao)配有防(fang)護外殼(ke)，需要設(she)置菜單(dan)的滾動(dong)顯示是(shi)否開啓(qi)。熱式流(liu)量計的(de)計量數(shu)據包括(kuo)瞬時流(liu)量、工況(kuang)溫度、工(gong)況壓力(li)和累積(ji)流量值(zhi)，表頭也(ye)可以根(gen)據現場(chang)的工藝(yi)要求設(she)置上限(xian)或下限(xian)告警動(dong)作。
　　熱式(shi)氣體流(liu)量計的(de)氣體介(jie)質包括(kuo):空氣、二(er)氧化碳(tan)、甲烷(沼(zhao)☁️氣🔆)和🔞氧(yang)氣。針對(dui)現場的(de)管道情(qing)況，還需(xu)要設置(zhi)管道内(nei)徑、管道(dao)内🥵壁粗(cu)糙度(不(bu)同管道(dao)材質會(hui)影👣響氣(qi)體♍計量(liang)的準确(que)度，如碳(tan)鋼和不(bu)鏽鋼的(de)管道下(xia)，氣體的(de)瞬☀️時流(liu)量值會(hui)有少許(xu)變化)。設(she)置瞬時(shi)流量💰單(dan)位、工況(kuang)溫度單(dan)位、工況(kuang)🐆壓力單(dan)位、設💘定(ding)工況壓(ya)力👣值、儀(yi)表修正(zheng)系數、小(xiao)流量切(qie)除、校準(zhun)日期，以(yi)及電流(liu)⭐輸出通(tong)道4mA和20mA校(xiao)準，4mA壓力(li)下限值(zhi)、20mA壓力上(shang)限值、4mA溫(wen)度下🍉限(xian)值、20mA溫度(du)上限值(zhi)，阻尼濾(lü)波值(1~200)。除(chu)了通💋過(guo)儀表按(an)鍵🔆設置(zhi)參數💞之(zhi)外，也可(ke)以通過(guo)RS232或者RS485連(lian)接儀表(biao)配套的(de)上位機(ji)配置軟(ruan)件，實現(xian)計量數(shu)據的實(shi)時采集(ji)記錄和(he)配置參(can)數☁️的設(she)置。
4結論(lun)
　　熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)的工作(zuo)原理，熱(re)式電橋(qiao)電路的(de)仿真過(guo)♋程和常(chang)規表頭(tou)的參數(shu)設置過(guo)程。熱式(shi)氣體流(liu)量計應(ying)用兩個(ge)熱電阻(zu)傳感器(qi)(分别測(ce)流速和(he)測工況(kuang)溫度),并(bing)通過電(dian)橋電路(lu)調整兩(liang)個傳感(gan)器至恒(heng)溫差效(xiao)果;通過(guo)标定不(bu)同流速(su)下電橋(qiao)😘電路的(de)加熱功(gong)率，實現(xian)熱式氣(qi)體瞬時(shi)流量的(de)準确計(ji)量;通過(guo)采用電(dian)路仿真(zhen)的方法(fa)對電橋(qiao)💃🏻電路的(de)複雜工(gong)作過程(cheng)進行了(le)測試，測(ce)🥵溫傳感(gan)器在不(bu)同的工(gong)況溫度(du)下，仿真(zhen)不同氣(qi)體流速(su)下測速(su)探頭的(de)實時溫(wen)度值，驗(yan)證了儀(yi)表标定(ding)可行性(xing)。熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(ji)是具有(you)較高的(de)靈敏度(du)和重複(fu)性的工(gong)業計量(liang)儀表，尤(you)其适用(yong)在大管(guan)徑、低流(liu)速的工(gong)業場合(he)。

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