摘要(yào)：從插(chā)入式熱式質量(liàng)流量計 的測量原理(lǐ)、流量計算(suàn).應(yīng)用特點(diǎn)等方面來說明(míng)其在(zài)環保和(hé)空(kōng)調行業中(zhōng)的可(kě)用性(xìng)，并着重介(jiè)紹了(le)熱式質量流量計如(rú)何選(xuǎn)擇測量點(diǎn)和直管段，以及在方(fāng)形管道流量測(cè)量中(zhōng)的應用。
1前(qián)言
　　随着(zhe)環境保(bǎo)護意識的加強(qiáng)，對生活、工(gōng)業上廢水、廢氣排放(fàng)的檢(jiǎn)測和控制也越來越重視(shì)。對于廢(fèi)液的監(jiān)控，可以采(cǎi)用電(diàn)磁流(liú)量計;但是(shì)由于(yú)環保廢氣(qì)的多粉塵(chén)、混合組分及要(yào)求(qiú)低(dī)壓損、防爆、防腐蝕的特點，監控(kòng)儀表(biǎo)相對(duì)難選(xuǎn)。一般的流(liú)量儀(yí)表有壓損(sǔn)，要求氣體介質(zhì)相對(duì)純淨，如果采用儀表(biǎo)，價格偏高(gāo)，所(suǒ)以，在精度要(yào)求不(bú)是高的場(chǎng)合，1可以采(cǎi)用熱式氣體(tǐ)質量流(liú)量計。
2插入式熱式流量計(jì)測量(liàng)原理(lǐ)及流(liú)量(liàng)計算
　　熱(rè)式(shì)質(zhì)量流(liú)量計是利用傳(chuán)熱原(yuán)理,即流動(dòng)中的流體與熱(rè)源(流體(tǐ)中加熱(rè)的物質(zhì)或(huò)測量(liàng)管外加熱體)之(zhī)間熱量(liàng)交(jiāo)換關(guān)系來測量(liàng)流量(liàng)的儀表，目前主(zhǔ)要用(yòng)于(yú)測(cè)量氣(qì)體。熱式流(liú)量儀表用(yòng)得最多有(yǒu)兩(liǎng)類，一是利用(yòng)流動流體傳遞(dì)熱量改變測量管壁溫(wēn)度分布(bù)的熱傳(chuán)導分布效(xiào)應(yīng)的熱分布(bù)式流量計(jì)，曾稱(chēng)量熱式tmf;另外--類(lèi)是利(lì)用(yòng)熱消散(sàn)(冷卻(què))效應的金(jīn)氏(shì)定(dìng)律tmf又由于(yú)結構上檢測元(yuán)件伸入測(cè)量管(guǎn)内,也稱插入型或侵入型。插入型的工作(zuò)原理(lǐ)及流(liú)量計(jì)算(suàn)如下:
　　如圖所示，插(chā)入式熱式氣體質量(liàng)流量(liàng)計由(yóu)兩個電阻溫度(dù)計組(zǔ)成(chéng)傳感器(qì)，一個測(cè)溫探頭，感受流體溫度(dù)t2另一(yī)個電(diàn)阻溫度計由電路加(jiā)熱到溫度t1用來測量流體帶走的熱(rè)量變化，亦稱測速探頭。t1高(gāo)于t2。并保持(chí)△t恒定,即△t=t1-t2。當流體流(liú)經(jīng)傳感器時，由于測速(sù)探頭的自(zì)身溫度(dù)t1高(gāo)于測溫探(tàn)頭感受的(de)溫度即流(liú)體溫(wēn)度t2,流體便帶走(zǒu)了測速探(tàn)頭上(shàng)的一部分熱量(liàng)(高溫向低(dī)溫傳(chuán)遞)，使t1下降。電路(lù)爲保(bǎo)持△t恒(héng)定，便(biàn)增加(jiā)對(duì)測速探頭的加熱(rè)功率(lǜ)，使(shǐ)△t=t1-t2恒定。流體帶(dài)走測速探(tàn)頭.上(shàng)多少(shǎo)熱(rè)量(liàng)，電路便增加(jiā)相應數(shù)量的(de)電功率，兩(liǎng)者之間(jiān)存在着(zhe)一個函數關(guān)系(xì)"。設對測速探頭的加熱(rè)功率爲(wèi)p1，流體的質(zhì)量流(liú)量爲(wèi)q,則根據流(liú)體流過測速探頭時所帶(dài)走的(de)熱量(liàng)與(yǔ)對測速(sù)探頭(tóu)的加(jiā)熱功率相對應(yīng)的原(yuán)理，得(dé)到下列(liè)關系式:
 
式(1)中，pocq
　　因此，可以通過測量(liàng)加熱(rè)功率p,來測量(liàng)帶走這部分(fèn)熱量的(de)流體的(de)質量(liàng)流量(liàng)。由于(yú)帶走着部分熱(rè)量的(de)是流體的(de)分子，所以，測速(sù)探頭直接測量(liàng)的是流體的質(zhì)量流速(sù)pv,此(cǐ)時，隻(zhī)要乘上管(guǎn)道的橫截面(miàn)積(jī)，就可(kě)以得到流體(tǐ)的(de)質量(liàng)流量(liàng)了。由于氣(qì)體(tǐ)流(liú)過探(tàn)頭時(shí)帶走熱量(liàng)和氣體的(de)質量(liàng)流量(liàng)成比(bǐ)例(lì)關(guān)系,也和探頭間(jiān)溫差(chà)有(yǒu)關，流量(liàng)越大，兩探(tàn)頭之(zhī)間溫差越小，氣(qì)體質量流(liú)量與(yǔ)溫差(chà)之間(jiān)的聯(lián)系通過質(zhì)量流速ρv建立"。
 
式(shì)中:qm-質量流量，kg/s;
kv-測量頭(tóu)儀表系數;
a-速度(dù)分布系數;
b一阻塞系數(shù);
x-幹擾系(xì)數;
a-儀表表體(測(cè)量管(guǎn)道)的(de)内橫(héng)截面積，m²
ρv一(yī)質量(liàng)流速，kg/(m²·s)。
　　基于(yú)_上述原理，對(duì)于大管(guǎn)徑的(de)流(liú)量(liàng)測量來說,雖無(wú)相應(yīng)的大管徑(jìng)标定(dìng)裝置來對(duì)流量(liàng)計進行(háng)标定，但(dàn)隻要(yào)在标準口(kǒu)徑的(de)标定裝置(zhì).上測定相應的質量流速，也就(jiù)可方便(biàn)地(dì)測量(liàng)出大(dà)管(guǎn)徑(jìng)中流(liú)體的質量流量(liàng)了。
 
　　由于(yú)兩個傳感器都是用性能(néng)穩定(dìng)的金屬鉑(bó)材料通過特殊工藝密封在316l不鏽鋼管或(huò)抗酸、堿腐(fǔ)蝕的(de)k2760哈氏合金(jīn)或鉑(bó)套管中制(zhì)成，因此極爲堅(jiān)固,并不會污染(rǎn)被測流(liú)體(tǐ)或受(shòu)被測流體污染(rǎn)，且其抗腐(fǔ)蝕性(xìng)能相當好(hǎo)。
3熱式質量流(liú)量(liàng)計的(de)應用(yòng)特點
　　當前(qián)tmf大部分用于測(cè)量氣(qì)體，隻有少(shǎo)量用于測量微小液(yè)體流量。熱式質量流量計具有性(xìng)能可靠(kào)、無可動(dòng)部件、安裝方便，壓損小(xiǎo)、量程比寬(kuān)(可達1000:1)、靈敏度高等特(tè)點2,特(tè)别适(shì)用于(yú)大管徑(jìng)、低(dī)流(liú)速，非圓截面(miàn)管道(dào)、現場(chǎng)空(kōng)間狹窄(zhǎi)處測量(liàng)等(děng)特殊(shū)工況(kuàng)，在環(huán)境保(bǎo)護和過程工業(yè)的應(yīng)用發(fā)展迅(xùn)速，例如(rú):污(wū)水處(chù)理過(guò)程中發生(shēng)的(de)氣體，燃料電(diàn)池工廠各(gè)種氣(qì)體的流量(liàng)測量及煤粉燃燒過(guò)程粉/氣配(pèi)比控(kòng)制(zhì)等(děng)。
　　與常用的(de) 孔闆流(liú)量計 、 渦街流(liú)量(liàng)計(jì) 和差(chà)壓式均速管、文(wén)丘裏流量計相比較(jiào)，熱式氣體(tǐ)質量流量(liàng)計有(yǒu)如下特點:
(1)直接測量流體的質(zhì)量流(liú)量或(huò)标準狀(zhuàng)态(tài)下的體積(jī)流量，不需要進(jìn)行溫(wēn)度壓力補償;.
(2)一次元件結(jié)構簡(jiǎn)單(dān)，采用不(bú)鏽鋼或特種合(hé)金外殼(ké)覆(fù)蓋，不怕髒污或腐蝕，不存(cún)在堵塞問(wèn)題,且表面(miàn)髒污極易(yì)清除。帶不(bú)斷流裝(zhuāng)拆(chāi)裝置，可實現不(bú)停氣(qì)裝拆，清洗維修，簡便(biàn)易行;
(3)量程比特大，可達1000:1，可(kě)測流速範(fàn)圍0.1m/s~60m/s,完(wán)全覆蓋-般工業(yè)廢氣(qì)及煤(méi)氣廠(chǎng)輸出(chū)總(zǒng)管中的(de)流速(sù)範圍。因而(ér)隻需在總管上裝一台插入式(shì)熱式氣體(tǐ)質量(liàng)流量(liàng)計，就可滿足計量要求。大(dà)大地節省了投(tóu)資,簡化(huà)了系統(tǒng)結構，方便(biàn)了管理,提高了(le)系統(tǒng)工作的可靠性(xìng);
(4)儀表(biǎo)精度(dù)高(+10%fs)，性(xìng)能穩定(重複性(xìng)士0.25%fs)，幾無(wú)壓(yā)力損(sǔn)失，對管道振動(dòng)不敏感。
此外，熱式氣體質量流(liú)量計靈敏度高(gāo)，尤其适合于大(dà)管徑、低流速的(de)流量(liàng)測量。且在(zài)大管(guǎn)徑中使用，其性能(néng)價(jià)格比(bǐ)更顯優勢;防爆(bào)、防護(hù)、抗腐蝕設(shè)計,又使它能适(shì)應惡劣工況，危險場合(hé)。
　　熱式氣(qì)體質量(liàng)流(liú)量計作爲一種(zhǒng)插入式流量計，由.上(shàng)述插入式流量(liàng)計的(de)測量公式(shì)可見該(gāi)流量計同樣(yàng)方便适用(yòng)于方形管(guǎn)道的(de)氣體流量測量。環保(bǎo)管道(dào)一般用圓形(xíng)，而空調(diào)的管(guǎn)道很多地方(fāng)爲(wèi)方形。孔闆(pǎn)等很(hěn)多儀(yí)表沒(méi)有測量方形管(guǎn)道的數據，若使(shǐ)用插入(rù)式熱式(shì)氣體質量流量(liàng)計，不論(lùn)圓形或(huò)是方形管道均(jun1)可通過計算獲(huò)得，這(zhè)也解決了低壓(yā)方形通風(fēng)管道的流量(liàng)測(cè)量問(wèn)題。
4測點位(wèi)置的選擇
　　正确(què)選擇測點位置(zhì)是減少測(cè)量誤(wù)差的重要(yào)條件,測點位(wèi)置選擇不當(dāng)，會(huì)增加流(liú)量計的(de)測量誤(wù)差，對于熱(rè)式氣(qì)體質量流(liú)量計(jì)，按相關資(zī)料小結，其測(cè)點(diǎn)位置的選擇應滿足(zú)如(rú)下要(yào)求:
(1) 盡可(kě)能保(bǎo)證測(cè)點(diǎn)前後直觀段(duàn)的長(zhǎng)度，一般要求前(qián)≥20d(d爲被測管道内(nèi)徑)，後(hòu)≥10d。管道(dào)内的(de)流場(chǎng)分布，隻與(yǔ)管道(dào)系統有關(guān)，因此，測點前後(hòu)均應避開(kāi)“擾動(dòng)源”
(2)測(cè)點附近無(wú)“二次流(liú)”，以避免(miǎn)擾亂流場(chǎng),測點附近(jìn)應(yīng)絕對避(bì)免有“回流(liú)”情況(kuàng)，如有，可(kě)移位安(ān)裝或安裝(zhuāng)“止(zhǐ)回(huí)閥”如(rú)安裝(zhuāng)止回閥，應确保(bǎo)測點(diǎn)後直(zhí)管段(duàn)長度(dù)210d。
(3)測點(diǎn)附近(jìn)應避(bì)免被測氣體組(zǔ)分(尤其(qí)是(shì)含水、含油、含(hán)塵量)的(de)起伏變化，盡可能選擇具(jù)有“穩(wěn)定流”的(de)測量(liàng)點。
(4)測點(diǎn)附近被測(cè)氣體的流(liú)速應(yīng)控制在(zài)<60m/s.的範圍(wéi)内。10m/s~30m/s爲經濟流速(sù)，推薦(jiàn)使用。易燃(rán)易爆氣體(tǐ)應控(kòng)制在(zài)安(ān)全(quán)流速(sù)範圍内。
5測點前(qián)後直(zhí)管段與測(cè)量精度
　　環(huán)保廢氣管道管徑大，很多(duō)都無法保(bǎo)證直(zhí)管段的要(yào)求，那(nà)麽，測量精(jīng)度會因(yīn)爲直管段的減小(xiǎo)而降低。如(rú)儀(yí)表廠的(de)樣本(běn)注(zhù)明熱式質量流量計可(kě)達到(dào)土1%的精(jīng)度(dù)，直管段是(shì)前/後爲20d/10d,如果現場條(tiáo)件不(bú)允許，無法(fǎ)選到滿足(zú)要求(qiú)的測點時，精度會降低。我(wǒ)們建(jiàn)議其工程處理可以采(cǎi)用在允(yǔn)許誤差範圍内(nèi)适當減少(shǎo)直管段的方案(àn)，參考(kǎo)标準孔闆直管段減(jiǎn)少與誤差增加的原(yuán)則來估算(suàn)。
　　熱(rè)式氣體質量流(liú)量計的(de)直管段(duàn)對誤差(chà)的影響沒有權威(wēi)的數據(jù)，而标(biāo)準孔闆、噴嘴、文(wén)丘裏等有數據(jù)。根據中華人民(mín)共和(hé)國化工行(háng)業标準自控安(ān)裝圖(tú)冊hg/t21581-2010的資料(liào)整理成表(biǎo)，供大(dà)家參(cān)考。環保i程(chéng)目前因爲難測(cè)量，儀表價格貴(guì)，n很多地方(fāng)沒有測量(liàng)，故我們認爲适當(dāng)增加誤差(保(bǎo)證(zhèng)系統誤(wù)差在±1.5%~±2%之(zhī)内)，選用性價比(bǐ)高的熱(rè)式質量(liàng)流量計(jì)還是(shì)可取的。
 
　　當然我們(men)希(xī)望有(yǒu)關方面(miàn)能做一(yī)個測試(shì)數據(jù)，以使用戶更放心(xīn)，亦可在很多行(háng)業推廣應用。
6用(yòng)戶訂貨時要注(zhù)意的問題(tí)
　　如果(guǒ)熱式(shì)氣體(tǐ)質量(liàng)流量計的有關(guān)樣本(běn)比(bǐ)較簡單,用戶(hù)在選用時(shí)還要向制造廠了解清楚下列(liè)問題(tí):
(1)傳(chuán)感器中(zhōng)探頭的插(chā)入深(shēn)度(dù)與氣體管道(dào)的管(guǎn)徑有關，制造廠有什麽建(jiàn)議長(zhǎng)度(dù)(注(zhù):一般(bān)大管道要插入到1/4管徑處，即平(píng)均流(liú)速點(diǎn);小管(guǎn)道要插入到管(guǎn)中心)。
(2)傳感器的(de)探頭插入(rù)深度(dù)是(shì)否可調整，用戶現(xiàn)場如何調(diào)整。
(3)由(yóu)于插(chā)入式(shì)氣體質量流量(liàng)計探(tàn)頭的保護(hù)套用(yòng)材較少，對(duì)強腐蝕介(jiè)質(zhì)可選用高級(jí)耐腐(fǔ)蝕金(jīn)屬材料，比起其它流量計(jì)價格升(shēng)高較少，以更好(hǎo)地發揮(huī)插入式氣體質量流(liú)量的應用(yòng)優勢。

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