摘(zhāi)要:介紹了熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liàng)計 的(de)測(cè)量(liàng)原理(lǐ),表頭電(diàn)路(lù)仿真過程(chéng)和儀表參(cān)數設置(zhì)。應(yīng)用兩(liǎng)個熱電阻傳感(gǎn)器，一個測流速，另一(yī)個測溫。通(tōng)過電橋電路調(diào)整(zhěng)兩(liǎng)個探頭至(zhì)恒溫差(chà)，通(tōng)過(guò)标(biāo)定不同流速下的電(diàn)橋(qiáo)加熱功(gōng)率實(shí)現熱式氣(qì)體(tǐ)瞬(shùn)時流量的(de)準确計量。由于儀表電路(lù)的複(fú)雜性(xìng)，采用電路(lù)仿真的方法對(duì)電(diàn)橋(qiáo)電(diàn)路進行(háng)測試，針對(duì)不同測溫(wēn)傳(chuán)感(gǎn)器的(de)工況(kuàng)溫(wēn)度(dù)值，仿(páng)真不同氣(qì)體流(liú)速下，不同測速(sù)探頭(tóu)的實時溫度值(zhí)，驗證(zhèng)了不(bú)同瞬時流量下測溫(wēn)探頭的加熱(rè)功(gōng)率(lǜ)并(bìng)不相(xiàng)同.且具有(yǒu)标定(dìng)可行(háng)性。再以美(měi)國斯雅(yǎ)樂(lè)氣體(tǐ)質量(liàng)流量計爲例，詳細介紹了(le)熱式(shì)流量(liàng)計的(de)儀表計(jì)量數據(jù)和配置(zhì)參(cān)數。熱式氣體質量流(liú)量計(jì)具有靈敏(mǐn)度、重複性(xìng)高(gāo)的工業計量儀表(biǎo)，尤其适用于大管徑、低流速的(de)測(cè)量場合(hé)。
　　熱式(shì)氣體(tǐ)流量計是(shì)一種(zhǒng)可以(yǐ)直接測量(liàng)氣(qì)體質量(liàng)流量(liàng)的流量計(jì)，其具(jù)有重複性(xìng)、可靠性(xìng)、穩定性高和精度(dù)高,在(zài)測量現(xiàn)場靈敏(mǐn)度佳(jiā)，尤其适用(yòng)于大管徑、低流(liú)速的測量。由(yóu)于(yú)熱式氣體(tǐ)質量(liàng)流量(liàng)計具(jù)有壓(yā)損小(xiǎo)、機(jī)械(xiè)結構(gòu)多樣、安裝靈活(huó)、使用(yòng)方便(biàn)諸多優點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于(yú)現(xiàn)場氣體的流(liú)量測量。依(yī)據《jjg1132-2017熱式氣體質(zhì)量流量計》檢定(dìng)規程(chéng)，對首(shǒu)次檢(jiǎn)定、後續檢定和(hé)使用中檢定做(zuò)了明(míng)确的技術(shù)要求。
1測量原理(lǐ)
　　熱式氣(qì)體(tǐ)質量(liàng)流量計(jì)探(tàn)頭有兩個(gè)傳感器，其(qí)中(zhōng)一個溫(wēn)度傳(chuán)感器測量(liàng)管道内氣體介(jiè)質的(de)溫度，另一(yī)個爲(wèi)介質(zhì)速度傳感(gǎn)器，通(tōng)過電加熱(rè)作用(yòng)将(jiāng)速度傳感器(qì)的溫度加(jiā)熱至高(gāo)于(yú)溫度傳感(gǎn)器測(cè)量得(dé)到的(de)溫(wēn)度，并且(qiě)保持兩個(gè)傳(chuán)感(gǎn)器溫(wēn)差的(de)恒定。當氣體介質流(liú)動帶(dài)走速度傳(chuán)感器上(shàng)的熱量(liàng)時，表頭上的電橋電(diàn)路爲(wèi)保持(chí)兩個(gè)傳(chuán)感器的(de)溫差(chà)恒(héng)定(dìng)，速度傳感器需(xū)要額(é)外進(jìn)行電補償(cháng)加熱(rè)，這個(gè)補償(cháng)的加(jiā)熱功(gōng)率大小和氣體(tǐ)介質(zhì)的質量流量成(chéng)正比。在實(shí)際(jì)應(yīng)用中(zhōng)，測溫傳感(gǎn)器通常應(yīng)用pt1000或者pt300，測(cè)速傳感器(qì)一般(bān)使用(yòng)pt20。由于(yú)在t℃時，兩種傳感(gǎn)器的電阻(zǔ)變化幅度并不相同(tóng)，這樣就造(zào)成電(diàn)橋(qiáo)的不平衡，導(dǎo)緻電橋連(lián)接(jiē)比較器輸人端的(de)電壓不(bú)同(tóng)，從而觸發(fā)新的加熱(rè)動作。
 
　　其(qí)中(zhōng)，qm熱式(shì)氣體(tǐ)質(zhì)量流量(liàng)計瞬時(shí)流量值(zhí)，kg/s;k是流(liú)量計出廠(chǎng)标定的(de)修(xiū)正系(xì)數值;△p熱(rè)式流量(liàng)計電橋加熱功率，kj/s;c。測量氣(qì)體介(jiè)質的定(dìng)壓比熱容，kj(kg.℃);△t熱(rè)式流(liú)量計(jì)兩個傳感器的(de)溫差值，℃;qvn是氣體(tǐ)介質的(de)标(biāo)況體積流量,nm3/h;ρn是(shì)氣體介質的标(biāo)況密(mì)度值(zhí)，kg/m3。
　　由式(1)、式(2)可(kě)見，對于不同管徑下(xià)的氣體測(cè)量，确定(dìng)氣體介(jiè)質的(de)前提下，通(tōng)過标定(dìng)修(xiū)正系(xì)數k值就能實現(xiàn)現場(chǎng)瞬時(shí)流量(liàng)和累積流量的計量(liàng)。
2電路仿真(zhēn)
　　熱(rè)式氣體(tǐ)質量(liàng)流量(liàng)計采(cǎi)用電(diàn)橋平(píng)衡電(diàn)路對(duì)測溫和(hé)測(cè)速兩個傳(chuán)感器進行激勵，以(yǐ)pt20和pt1000的組(zǔ)合爲例(lì)，電橋左邊回(huí)路r1+pt20，電(diàn)橋右邊回路r2+pt1000;電阻r1的(de)阻值爲4.9Ω，電阻r2的(de)阻值爲270.5Ω，測量pt1000的(de)阻值就可(kě)以計(jì)算出測溫傳感器的(de)溫(wēn)度值。由于通過49Ω采樣電(diàn)阻和pt1000的電(diàn)流相(xiàng)同，分(fèn)别對兩個(gè)電阻的電(diàn)壓進(jìn)行采集，通過比(bǐ)率就可以計算(suàn)出當(dāng)前pt1000的電阻(zǔ)值，進而計算出測溫(wēn)傳感(gǎn)器的溫度值。由(yóu)于采樣電阻49Ω對測量的準确度影響(xiǎng)很大，需要電(diàn)阻(zǔ)具備低溫(wēn)漂和高精度(dù)的特性(xìng)，在使用的(de)過程(chéng)中(zhōng)通(tōng)常需要對(duì)采樣電(diàn)阻(zǔ)進行(háng)标定，通常是應(yīng)用标準電(diàn)阻箱(xiāng)接人pt1000的位置，計(jì)算出采樣(yàng)電阻(zǔ)的準(zhǔn)确(què)電(diàn)阻值(zhí)與49Ω進行(háng)比(bǐ)較，後(hòu)續将(jiāng)此(cǐ)修(xiū)正系(xì)數帶人計.算過(guò)程。對熱式橋電(diàn)路進行仿真(zhēn)過程如下:假設管道内空(kōng)氣(qì)介質(zhì)的溫(wēn)度爲(wèi)20℃，則測(cè)溫傳感器(qì)pt1000的電(diàn)阻值(zhí)爲1077.935Ω。基于上(shàng)述電(diàn)橋(qiáo)特性，測速傳感(gǎn)器pt20需達(dá)到63.67℃(産生43.67℃溫(wēn)差)才(cái)能至電(diàn)橋平衡(héng)，停止對測速傳(chuán)感器進行加熱(rè)。
 
　　假設測溫(wēn)傳感(gǎn)器pt1000的(de)溫度恒定(dìng)在20℃不變，當不同(tóng)流速的空(kōng)氣介(jiè)質在管道内流(liú)過測(cè)速(sù)傳感器(qì)pt20時，流(liú)速(sù)越(yuè)大帶走的熱量越多(duō)，即pt20的溫度(dù)越(yuè)低，pt20阻值越(yuè)小。分别(bié)假設pt20的(de)溫(wēn)度爲(wèi)25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應的電阻(zǔ)值(zhí)爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電橋r1阻值上的(de)電壓值分(fèn)别爲:2.175v、2.145v、2.115v、2.085v、2.058v、2.030v、2.003v和0.419v。由(yóu)此可(kě)見，熱式氣體質量流量計(jì)流量(liàng)越大時，電橋采(cǎi)樣電阻(zǔ)的電壓(yā)值越(yuè)大(dà)，将采樣(yàng)值與标準流量值進(jìn)行對應就(jiù)可以實現(xiàn)熱式(shì)氣體質量流量(liàng)計的出廠(chǎng)标定(dìng)。同理(lǐ)，假(jiǎ)設測溫(wēn)傳感器pt1000的溫度(dù)爲70℃(1270.7510)，測速傳感器(qì)pt20如果達到(dào)平衡停止(zhǐ)加熱(rè)溫度(dù)爲119.77%c(恒溫(wēn)差(chà)49.779c),pt20在75℃、90℃、110℃下(xià)r1的電壓值分别(bié)爲1.903v、1.834v和1.749v,也驗(yàn)證了(le)上述仿(páng)真的正(zhèng)确性。
3儀表(biǎo)設置(zhì)
　　工業現(xiàn)場應用(yòng)的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)種類(lèi)繁多，儀表(biǎo)參(cān)數(shù)配置也各不相(xiàng)同，以(yǐ)熱式氣體(tǐ)質量流量計爲(wèi)例，流量(liàng)計(jì)的接(jiē)線端(duān)子包括:交(jiāo)流ac220v供電、直流dc24v供電;瞬(shùn)時流(liú)量4ma~20ma信(xìn)号輸(shū)出、工況溫(wēn)度4ma~20ma信(xìn)号輸出、工(gōng)況表壓4ma~20ma信(xìn)号輸(shū)出(有些工況現(xiàn)場并不(bú)進行溫壓補(bǔ)償(cháng)，所以熱(rè)式探頭并(bìng)不具(jù)備溫度(dù)和壓力(lì)測量功能)，流量(liàng)當量脈沖pulse信号(hào)輸出(chū);串口rs22數據(jù)通信(xìn)接口(kǒu);繼電(diàn)器alarm輸出接口。美國斯雅樂(lè)熱式氣體質(zhì)量流量(liàng)計的經典型号是640i和780i系列流量(liàng)計，儀表的液晶采用緊湊的點(diǎn)陣式液(yè)晶(jīng)，上電(diàn)後依次顯示産品(pǐn)版本号、儀表(biǎo)序列号、儀(yí)表的(de)量程上限(xiàn)、氣體介質類型和備注tag标識(shí)。由(yóu)于lcd的(de)篇幅有限(xiàn)，一個(gè)頁面(miàn)并不能顯示完全所(suǒ)有的(de)儀表計(jì)量數據(jù)和配置(zhì)參數，并且工(gōng)業儀(yí)表配(pèi)有防護外殼，需要設置菜單的(de)滾動顯(xiǎn)示(shì)是否(fǒu)開啓。熱式流量(liàng)計的計(jì)量(liàng)數據(jù)包括(kuò)瞬時流(liú)量(liàng)、工況溫度(dù)、工況壓力和(hé)累積流(liú)量值，表頭(tóu)也可(kě)以根據現場的(de)工藝要求(qiú)設置(zhì)上限或下(xià)限告(gào)警動作(zuò)。
　　熱式氣體流(liú)量計的氣(qì)體介質包括:空(kōng)氣、二氧化(huà)碳、甲(jiǎ)烷(沼氣)和(hé)氧氣(qì)。針對現場的管(guǎn)道情(qíng)況，還需要(yào)設置管道内徑(jìng)、管道内壁(bì)粗糙度(不同(tóng)管道材質會影響氣體(tǐ)計量(liàng)的(de)準确度(dù)，如(rú)碳鋼(gāng)和不鏽(xiù)鋼的管道(dào)下，氣(qì)體的(de)瞬時流量值會(huì)有(yǒu)少許變(biàn)化)。設(shè)置(zhì)瞬(shùn)時流量單位、工況溫(wēn)度單(dān)位、工況壓力單位、設定工(gōng)況壓力(lì)值(zhí)、儀表(biǎo)修正系數、小流(liú)量(liàng)切除、校準日期，以(yǐ)及電流輸(shū)出通道4ma和20ma校準，4ma壓力(lì)下限值、20ma壓(yā)力上限值、4ma溫度下限值、20ma溫度上(shàng)限值，阻尼(ní)濾波值(1~200)。除了通過儀(yí)表按鍵設置參(cān)數之(zhī)外(wài)，也可以(yǐ)通過(guò)rs232或者rs485連接(jiē)儀表配套(tào)的(de)上(shàng)位機配置(zhì)軟件(jiàn)，實現(xiàn)計(jì)量數據(jù)的實時采集記(jì)錄和(hé)配置參數(shù)的設置。
4結論
　　熱(rè)式氣體質量流(liú)量計(jì)的工(gōng)作原理，熱(rè)式電橋電(diàn)路的(de)仿真過程和常(cháng)規表頭的(de)參數設(shè)置(zhì)過程(chéng)。熱式(shì)氣體流量(liàng)計應(yīng)用兩(liǎng)個熱(rè)電(diàn)阻(zǔ)傳(chuán)感器(分(fèn)别測流速(sù)和測(cè)工況溫度),并通(tōng)過電橋(qiáo)電路調整兩個傳感器(qì)至恒(héng)溫差(chà)效果(guǒ);通過(guò)标定不同(tóng)流速下電(diàn)橋電(diàn)路的加(jiā)熱功率，實現熱式(shì)氣體(tǐ)瞬時(shí)流(liú)量的準(zhǔn)确計量(liàng);通(tōng)過采(cǎi)用電路仿(páng)真的(de)方法(fǎ)對電橋電路的(de)複雜工作(zuò)過(guò)程進行了測(cè)試，測溫傳感器(qì)在不(bú)同的(de)工況(kuàng)溫度下，仿真不(bú)同氣(qì)體流速下(xià)測速(sù)探(tàn)頭(tóu)的實(shí)時溫度值，驗證(zhèng)了儀表(biǎo)标(biāo)定可行性。熱式(shì)氣體(tǐ)質量(liàng)流量計是(shì)具有較(jiào)高(gāo)的靈敏度(dù)和(hé)重複性(xìng)的工(gōng)業計(jì)量儀(yí)表，尤其适用在(zài)大管徑、低流速(sù)的工業場合。

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