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      熱式氣體質量流量計的工作原理分析介紹

       發布時間:2018-03-10
      三十年代對熱量傳遞的規律性進行了卓越的研究,并確定了熱量Q與熱量傳遞諸要素之間的關系式:
      3 @  u9 T% K8 v5 n( f/ `$ o) G* |Q=(A+B×ρv1/2)(Ts-Ta)+ R, _( P  O1 C8 o
      其中:Q為被帶走的熱量;A、B為常數;ρv為質量流速;Ts、Ta為溫度。
      + Q  O: ?( Y/ f6 x  g這一公式為全球科學界所公認,并由此導出質量流量的計算式:2 x% c5 [7 a( `# N6 g
      G=S×ρv
      * Y/ u9 e# i9 w8 h# s0 `6 c6 w) |! u其中:G為氣體的質量流量;S為被測管道的橫截面積;ρv為氣體的質量流速。
        r9 b7 Z* s+ V) M( m+ Z1 F  f, ?二十世紀八十年代,美國、英國等開始制造基于這一原理的熱式氣體質量流量計,開始在各種領域得到廣泛應用,成為最先進的氣體流量計。
      - h% C6 [9 a$ X' V流量計由傳感探頭和電子部件組成。傳感器探頭由兩個傳感器組成,一個是測溫傳感器(短傳感器,在上游),一個是測速傳感器(長傳感器,在下游)。測量時,傳感探頭插入流體中,感受流體的溫度和流速。它們同時是電子部件橋路的兩個橋臂,形成一個不平衡電橋。6 _7 {) 通電時,電子橋臂電流將測速傳感器加熱到高于流體溫度Ta(由測溫傳感器測得)的一定溫度Ts,兩者的溫差△T=Ts-Ta。不平衡電橋就變成平衡電橋。此時電橋便輸出一個對應零流量的電壓,經電路放大處理輸出4mADC,瞬時流量顯示0,且累積流量無累積動作,累積量保持不變。
      " o8 q6 r; ~7 T) e2 p當流體流經加熱的測速傳感器時,根據熱傳導原理,將會帶走測速傳感器的一部分熱量,使其溫度Ts下降,而且流量越大,帶走的熱量越多,其溫度Ts下降也越大,電橋又變成一個不平衡電橋。電路為保持△T恒定,電橋必須增加對測速傳感器的加熱功率,使其流過與流量大小成正比的電流,使測速傳感器回到平衡狀態時的溫度Ts,這時橋路便輸出一個正比于流量大小的電壓信號,經電路放大、線性化處理,使輸出與流量成正比的4~20mADC間的一個電流信號,瞬時流量顯示為0~最大刻度流量間的一個流量值,累積動作將以與瞬時流量成正比的速度進行累積。(圖1)如上所述,設測速傳感器的加熱功率為P,測速傳感器與流體溫度的溫差為△T=Ts-Ta。根據L.V.KING定理,流體流經加熱的測速傳感器時所帶走的熱量與對測速傳感器的加熱功率相對應,則P=△T×(A+B×ρv 1/2)。式中A、B為取決于速度傳感器和流體性質的物理常數。因此,可以通過測量加熱功率P來測量帶走這部分熱量的流體的質量流量。由于帶走這部分熱量的是流體的分子,所以測速傳感器直接測量的是流體的質量流速ρV,只要再乘以管道截面積就可以得到流體的質量流量?;谏鲜鲈?,對于大管徑的流量測量,只需在標準管徑標定裝置上測定相應的質量流速,就可以測量大管徑中的氣體質量流量。
      ) o- Y7 X! l% A+ K8 \兩個傳感器都是用性能穩定的金屬鉑材料通過特殊工藝密封在316L不銹鋼管或抗腐蝕性能極佳的金屬鉭材料管中,結構極為堅固,不會污染被測流體,耐腐蝕性能也極好。

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