摘(zhai)要:介紹(shao)了熱式(shi)氣體質(zhi)量流量(liàng)計 的測(ce)量原理(lǐ),表頭電(diàn)路仿真(zhēn)過程和(he)儀表參(can)數設置(zhì)。應用兩(liang)個熱電(dian)阻傳感(gan)器，一個(ge)測流速(su)，另一個(ge)測溫。通(tōng)過電橋(qiao)😘電路📐調(diao)整兩個(gè)探頭至(zhì)恒溫差(chà)，通過标(biāo)定不同(tong)流速下(xià)的電橋(qiao)加熱功(gong)率實現(xiàn)熱🈲式氣(qì)體瞬時(shi)流量的(de)準确計(ji)量。由于(yú)儀表電(dian)路的複(fú)雜性，采(cǎi)用電路(lù)仿真的(de)方法對(duì)電橋電(diàn)路進行(háng)測試✏️，針(zhen)對不同(tong)測溫傳(chuan)感器的(de)♋工況溫(wēn)度值，仿(páng)真不同(tóng)氣體流(liu)速下，不(bu)同測速(sù)探頭的(de)實時溫(wen)度值，驗(yàn)證了不(bu)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(jù)有标定(dìng)可行性(xing)。再以美(mei)國斯雅(ya)樂氣體(ti)質量流(liu)量計爲(wei)例，詳細(xì)🐆介紹了(le)熱式流(liú)量計的(de)儀表計(jì)量數據(ju)和配置(zhi)參數🏃‍♂️。熱(re)式氣體(ti)質量流(liú)量計具(jù)有靈敏(min)度、重複(fú)性高的(de)工業計(ji)✌️量儀表(biao)，尤其适(shi)用于大(dà)管徑、低(dī)流速的(de)測量場(chang)合。
　　熱式(shì)氣體流(liu)量計是(shi)一種可(kě)以直接(jie)測量氣(qì)體質量(liang)流量🛀的(de)流量計(ji)，其具有(yǒu)重複性(xing)、可靠性(xìng)、穩定性(xìng)高和精(jīng)度高,在(zai)測量㊙️現(xian)場靈敏(mǐn)度佳，尤(you)其适用(yong)于大管(guan)徑、低流(liú)速的測(ce)量。由于(yú)熱式氣(qì)體質量(liàng)流量計(jì)具有壓(ya)損小、機(jī)械結構(gou)多樣、安(ān)裝靈活(huó)、使用方(fang)便諸多(duo)優點，被(bei)廣泛應(yīng)用于現(xian)場氣體(tǐ)的流量(liàng)測量。依(yī)據《JJG1132-2017熱式(shì)氣體質(zhi)量流量(liàng)🈚計》檢定(ding)規程，對(duì)首次檢(jian)定、後續(xu)檢定和(he)使用中(zhong)檢🎯定做(zuo)了明确(que)的技術(shù)要求。
1測(cè)量原理(li)
　　熱式氣(qi)體質量(liàng)流量計(jì)探頭有(you)兩個傳(chuán)感器，其(qi)中一👄個(gè)溫🌈度傳(chuán)感器測(cè)量管道(dào)内氣體(ti)介質的(de)溫度，另(lìng)一個爲(wèi)介質☀️速(su)度🔅傳感(gǎn)器，通過(guò)電加熱(re)作用将(jiang)速度傳(chuán)感器的(de)🏒溫度加(jiā)🏒熱至高(gao)于溫度(du)傳感器(qì)測量得(de)到的溫(wēn)度，并且(qie)保持兩(liǎng)個傳感(gan)器溫差(cha)的恒定(ding)。當氣體(tǐ)介質流(liú)動帶走(zǒu)💚速度傳(chuán)感器上(shang)的熱量(liàng)時，表頭(tóu)上的電(dian)橋電路(lu)爲保持(chi)🌈兩個傳(chuán)感器的(de)⭐溫差恒(heng)定，速度(dù)傳感器(qì)需要額(é)外進行(háng)電補償(cháng)加熱，這(zhe)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(cheng)正比。在(zai)實際應(yīng)用中，測(cè)溫傳感(gan)器通常(chang)👣應用Pt1000或(huo)者Pt300，測速(sù)傳感器(qì)一般使(shi)用Pt20。由于(yu)在t℃時，兩(liang)種傳感(gǎn)器的電(dian)阻變化(huà)🔞幅度并(bing)不相同(tóng)，這樣就(jiù)🏒造成電(diàn)橋的❤️不(bú)平衡，導(dǎo)緻電橋(qiao)連接比(bi)較器輸(shū)人端的(de)電壓不(bu)同，從而(ér)觸發新(xin)的加熱(re)動作。
 
　　其(qí)中，qm熱式(shì)氣體質(zhi)量流量(liàng)計瞬時(shi)流量值(zhi)，kg/s;K是流量(liàng)計出💚廠(chǎng)标定的(de)修正系(xì)數值;△P熱(re)式流量(liang)計電橋(qiao)加熱功(gōng)率，kJ/s;C。測量(liang)氣體介(jie)質的定(ding)壓比熱(rè)容，kJ(kg.℃);△t熱式(shì)流量計(jì)兩個傳(chuán)感器👉的(de)溫差✨值(zhí)，℃;qvN是氣體(ti)介質的(de)标況體(ti)積流量(liang),Nm3/h;ρN是氣體(ti)介質的(de)标況密(mì)度值，kg/m3。
　　由(yóu)式(1)、式(2)可(kě)見，對于(yú)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(tong)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(zhen)
　　熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(jì)采用電(diàn)橋平衡(heng)電路對(duì)測溫🌈和(hé)測速兩(liang)個💘傳感(gǎn)器進行(hang)激勵，以(yǐ)Pt20和Pt1000的組(zu)合爲例(li)，電橋左(zuo)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(jiu)可以計(ji)🔴算出測(ce)溫傳感(gǎn)器的📱溫(wen)度值。由(yóu)于通過(guo)49Ω采樣電(diàn)阻和Pt1000的(de)電流相(xiàng)🍉同，分别(bie)對🚶‍♀️兩個(ge)電阻的(de)電壓進(jin)行采♋集(ji)，通過比(bǐ)率🏃🏻就可(ke)以計算(suàn)出當前(qián)Pt1000的電阻(zǔ)值，進而(ér)計算出(chu)🌈測溫傳(chuan)感器的(de)溫度值(zhí)。由于采(cai)樣電阻(zu)49Ω對測量(liàng)的準确(què)度影響(xiang)很大，需(xu)要電❤️阻(zu)具備低(di)溫漂和(he)高精度(du)的特性(xìng)，在使🔱用(yong)的過程(cheng)中通常(chang)需要對(duì)采樣電(dian)阻進行(háng)标定，通(tong)常是應(ying)用标🥵準(zhun)電阻箱(xiang)接人Pt1000的(de)位置，計(ji)❓算出采(cǎi)樣電阻(zu)的準确(què)電阻值(zhí)與49Ω進行(háng)比較，後(hòu)續将此(ci)修正系(xì)數帶人(ren)計.算過(guò)程。對熱(rè)式橋電(diàn)路進行(háng)仿真過(guò)㊙️程🈲如下(xia):假設管(guǎn)道内🚶‍♀️空(kōng)氣介質(zhì)的溫度(dù)爲20℃，則測(ce)溫傳感(gan)器Pt1000的電(diàn)阻值爲(wei)1077.935Ω。基于上(shang)述電橋(qiao)特性，測(cè)速傳感(gan)器Pt20需達(dá)到63.67℃(産生(sheng)43.67℃溫差)才(cai)💘能至電(dian)橋平衡(heng)，停止🐅對(dui)測速傳(chuan)感器進(jìn)行加熱(rè)。
 
　　假設測(cè)溫傳感(gan)器Pt1000的溫(wēn)度恒定(ding)在20℃不變(bian)，當不同(tong)流速的(de)空氣♊介(jie)🏃‍♀️質🏃在管(guan)道内流(liu)過測速(sù)傳感器(qi)Pt20時，流速(su)越大帶(dai)走的熱(rè)量🏃‍♀️越多(duō)⭐，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(wèi)25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應(ying)的電阻(zu)值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電(dian)橋R1阻值(zhi)上的電(dian)壓值分(fèn)🛀别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和(he)0.419V。由🔞此可(ke)見，熱🥰式(shì)氣體質(zhì)量流量(liang)計流量(liàng)越大時(shí)，電橋采(cǎi)樣電阻(zu)的電壓(ya)值越大(dà)，将采樣(yàng)💁值與标(biao)準流🔞量(liàng)值進行(háng)對應就(jiu)可以實(shí)現熱式(shì)氣體質(zhi)量流量(liàng)計的出(chū)廠标定(dìng)。同理，假(jia)設測溫(wen)傳感器(qì)Pt1000的溫度(du)爲70℃(1270.7510)，測速(sù)傳感器(qi)Pt20如果達(da)到平衡(heng)停✨止⭕加(jiā)熱溫度(dù)爲119.77%C(恒溫(wen)差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下(xià)R1的電壓(ya)值分别(bie)爲1.903V、1.834V和1.749V,也(ye)驗證了(le)上述仿(páng)真的正(zheng)确性。
3儀(yí)表設置(zhì)
　　工業現(xiàn)場應用(yong)的熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liang)計種類(lei)繁多，儀(yí)表參數(shu)配置也(ye)各不相(xiang)同，以熱(rè)式氣體(ti)質量流(liú)量計爲(wei)例，流量(liang)計的接(jie)線端子(zi)包括:交(jiao)流AC220V供電(dian)、直流DC24V供(gòng)電;瞬時(shi)流量4mA~20mA信(xìn)号輸出(chū)、工況溫(wen)度4mA~20mA信号(hao)輸出、工(gong)況表壓(ya)4mA~20mA信号輸(shū)出(有些(xie)工況現(xian)場并不(bú)進行溫(wēn)壓補償(cháng)，所以熱(rè)式探頭(tou)并不具(jù)備溫度(dù)和壓力(lì)測量功(gong)能)，流量(liang)當量脈(mo)沖Pulse信号(hào)輸出;串(chuàn)口RS22數據(jù)通信接(jie)口;繼電(diàn)器Alarm輸出(chu)接口。美(mei)國斯雅(ya)樂熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liàng)計的經(jing)典型号(hao)是640i和780i系(xi)列流量(liàng)計，儀表(biǎo)的液晶(jing)采用緊(jǐn)湊的點(diǎn)陣式液(yè)晶，上電(diàn)後依次(ci)顯示産(chan)品版本(běn)号、儀表(biao)序列号(hao)、儀表的(de)量程上(shàng)限、氣體(tǐ)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(gè)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(zhì)參數，并(bìng)且工業(yè)儀表配(pèi)有防護(hù)外殼，需(xū)要設置(zhì)菜單的(de)滾動顯(xiǎn)示是否(fǒu)開啓。熱(re)式流量(liàng)計的計(ji)量數據(ju)包括瞬(shùn)時流量(liàng)、工況溫(wēn)度、工況(kuàng)壓力和(he)累積流(liu)量值，表(biǎo)頭也可(kě)以根據(ju)現場的(de)工藝要(yào)求設置(zhì)上限或(huo)下限告(gao)警動作(zuo)。
　　熱式氣(qì)體流量(liàng)計的氣(qi)體介質(zhì)包括:空(kong)氣、二氧(yang)化碳、甲(jiǎ)✍️烷(沼氣(qi))和🛀氧氣(qi)。針對現(xiàn)場的管(guan)道情況(kuang)，還需要(yào)設置管(guan)道内徑(jing)、管道内(nei)壁粗♈糙(cao)度(不同(tóng)管道材(cai)質會影(yǐng)💯響氣體(ti)計量的(de)🔴準确度(du)，如碳鋼(gang)和不鏽(xiù)鋼的管(guǎn)道下，氣(qì)體的瞬(shùn)時流量(liang)值會有(yǒu)少許變(biàn)化)。設置(zhi)瞬時流(liu)量♌單位(wèi)、工況溫(wēn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度單位(wèi)、工況壓(yā)力單位(wèi)、設定工(gōng)況壓力(li)值、儀表(biao)修正系(xì)數、小流(liu)量切除(chú)、校準日(ri)期，以及(ji)電流輸(shū)出通道(dào)4mA和20mA校準(zhun)，4mA壓力下(xia)限值、20mA壓(yā)力上限(xian)值、4mA溫度(du)下限值(zhi)、20mA溫度上(shàng)限值，阻(zu)尼濾波(bō)值(1~200)。除了(le)通過‼️儀(yí)表按鍵(jian)設置參(cān)數之外(wài)，也可以(yǐ)📐通過RS232或(huò)🏃者RS485連接(jiē)儀表配(pei)套的上(shàng)位機配(pei)置軟件(jiàn)，實現計(jì)💯量數據(ju)的實時(shí)采集記(jì)錄和配(pei)置參數(shù)🆚的設置(zhì)。
4結論
　　熱(re)式氣體(tǐ)質量流(liú)量計的(de)工作原(yuan)理，熱式(shi)電橋電(dian)路㊙️的仿(pang)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(liang)計應用(yòng)兩個熱(re)電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼阻傳(chuan)感器(分(fèn)别測流(liu)速和測(cè)工況溫(wen)度),并通(tong)過電橋(qiáo)電路調(diao)整兩個(gè)傳感器(qi)至🌂恒溫(wen)差效♉果(guo);通過标(biao)定不同(tong)流速下(xia)電橋電(diàn)路的加(jiā)熱功率(lǜ)，實現⭕熱(re)式氣體(ti)瞬時流(liu)量的準(zhǔn)确計量(liàng);通過采(cǎi)用電路(lu)仿😘真的(de)方法對(dui)電橋電(dian)路的複(fú)雜工作(zuò)過程進(jìn)行了✌️測(ce)試，測溫(wēn)傳感器(qì)在不同(tóng)的工況(kuang)溫度下(xia)，仿真不(bú)同氣體(tǐ)流速💚下(xia)測速探(tàn)頭的實(shi)時💚溫度(dù)值，驗證(zhèng)了儀表(biao)🐇标定可(ke)行性。熱(re)式氣體(ti)質量流(liú)量計是(shi)具有較(jiào)高的靈(ling)敏度和(hé)重複性(xìng)的工業(yè)計量儀(yi)表，尤其(qi)适用在(zài)大管徑(jìng)、低流速(sù)的工🔅業(ye)場合。

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