摘要:介紹(shao)了熱式氣體質(zhi)量流量計 的測(cè)量原理,表頭電(diàn)路仿真過程和(he)儀表參數設置(zhi)。應用⭐兩✉️個🏒熱電(dian)阻傳感器，一個(gè)測流速，另一個(ge)測溫。通過電橋(qiao)電路調整兩個(ge)♉探頭至恒溫差(chà)，通過标定不同(tong)流速下的電橋(qiao)加熱功率實現(xian)熱式氣體瞬時(shi)🚶‍♀️流量的準确計(ji)量。由于儀表電(dian)路的複雜性，采(cai)用電路仿真的(de)方法對電橋電(diàn)🏒路進行測試，針(zhēn)對不同測溫傳(chuan)感器的工況溫(wen)度值，仿真不同(tong)氣體流速下，不(bú)同測速探頭的(de)實🔱時溫度值，驗(yàn)證了不同瞬時(shi)流量下測溫探(tàn)頭的加熱🐕功率(lǜ)并不相同.且具(ju)有标定可行性(xìng)。再以美國斯雅(ya)樂氣體質量流(liú)量計爲例❤️，詳細(xì)介紹了熱式流(liú)量👣計的儀表計(jì)量數據和配置(zhi)參數🔞。熱式氣體(tǐ)質量流量計具(jù)有靈敏度、重複(fú)性高的工🈲業計(jì)量儀表，尤其适(shi)用于大管👅徑☔、低(di)流速的測量場(chǎng)合。
　　熱式氣體流(liu)量計是一種可(ke)以直接測量氣(qi)體質量流☎️量🌈的(de)流量計，其具有(yǒu)重複性、可靠性(xìng)、穩定性高和🈲精(jing)度高,在測量✨現(xian)場靈敏度佳，尤(you)其适用于大管(guǎn)徑、低流速的測(ce)量。由于熱🥰式氣(qi)體質量流量計(ji)具有壓損小、機(ji)械⭐結構多樣、安(an)裝靈活、使用方(fāng)便諸多優點👈，被(bèi)廣泛應用于現(xiàn)場氣體的流量(liàng)測量。依據《JJG1132-2017熱式(shi)氣🍉體質量流量(liang)計》檢定規程，對(dui)首次檢定、後續(xù)檢定和使用中(zhōng)檢定做了👉明确(què)的技術要求。
1測(cè)量原理
　　熱式氣(qi)體質量流量計(ji)探頭有兩個傳(chuán)感器，其中一個(gè)溫度傳感器測(cè)量管道内氣體(tǐ)介質的溫度，另(lìng)一🏃🏻‍♂️個爲介質速(su)度傳感器，通過(guò)電加熱作用将(jiāng)速度傳感器的(de)溫度加熱至高(gao)于溫度傳感器(qì)👨‍❤️‍👨測量得到的溫(wen)度，并且保持兩(liǎng)個傳感器溫差(cha)的恒定。當氣體(ti)介質流動帶走(zou)速度傳感器上(shàng)的熱量時，表頭(tou)上的電😘橋電路(lu)爲保持兩個傳(chuán)感器的溫差恒(heng)定，速度傳感器(qi)需要額外進行(hang)電補償加熱，這(zhe)個補償的加熱(re)功率大小和氣(qi)體介質的質量(liang)流量成正🧡比。在(zài)實際應用中，測(cè)溫傳感器通常(cháng)應用Pt1000或者Pt300，測速(sù)傳感器一般使(shǐ)用Pt20。由于在t℃時，兩(liang)種傳感器的電(diàn)阻變化👌幅度并(bing)不相同，這樣就(jiù)造成電橋的不(bú)平衡，導緻電橋(qiao)連接比較器輸(shu)人端的電壓不(bu)同，從而觸發新(xīn)的加熱動作。
 
　　其(qí)中，qm熱式氣體質(zhi)量流量計瞬時(shi)流量值，kg/s;K是流量(liàng)計㊙️出❓廠标定的(de)修正系數值;△P熱(re)式流量計電橋(qiáo)加熱功率，kJ/s;C。測量(liang)氣體介質的定(ding)壓比熱容，kJ(kg.℃);△t熱式(shì)流量計兩個傳(chuan)感器🤞的溫差值(zhi)，℃;qvN是氣體介質的(de)标況💃體積流量(liang),Nm3/h;ρN是氣體介質的(de)标況密💁度值，kg/m3。
　　由(yóu)式(1)、式(2)可見，對于(yu)不同管徑下的(de)氣體測量，确定(dìng)氣體介質的前(qian)提下，通過标定(dìng)修正系數K值就(jiu)能實現現場瞬(shun)時流量和累積(jī)流量的計量。
2電(dian)路仿真
　　熱式氣(qi)體質量流量計(jì)采用電橋平衡(héng)電路對測溫❤️和(hé)測速兩個🐆傳感(gǎn)器進行激勵，以(yi)Pt20和Pt1000的組合爲例(li)，電橋左邊回🔞路(lù)R1+Pt20，電橋右邊回路(lù)R2+Pt1000;電阻R1的阻值爲(wei)4.9Ω，電阻R2的阻值爲(wèi)270.5Ω，測量Pt1000的阻值就(jiu)可以計算出測(cè)溫傳感器的💋溫(wēn)度值。由于通過(guò)49Ω采🚩樣電阻和Pt1000的(de)電流相♉同，分别(bié)對兩個電阻的(de)電壓進行采集(ji)，通過比率就可(ke)以計算🎯出當前(qián)Pt1000的電阻值，進而(ér)計算出測溫傳(chuán)感器的溫度值(zhi)。由于采❗樣電阻(zǔ)49Ω對測量的準确(que)度影響很大，需(xu)要電阻具備低(di)溫漂和高精度(du)的特性，在🙇🏻使用(yong)的過程中通常(chang)需❓要對采樣電(diàn)✌️阻進行标定，通(tōng)常是應用标準(zhǔn)電阻箱接人Pt1000的(de)位置，計算出采(cai)樣電阻✌️的準确(que)電🔴阻值與49Ω進行(hang)比較，後續将💃🏻此(ci)⭐修正系數帶人(ren)計.算過程。對熱(rè)式橋電路進行(háng)仿真過程如下(xia):假設管道内空(kōng)氣介質☎️的溫度(dù)爲20℃，則測溫傳感(gǎn)器Pt1000的電阻值爲(wei)1077.935Ω。基❄️于上述電橋(qiao)特性，測速傳感(gan)器Pt20需達到63.67℃(産生(shēng)43.67℃溫差)才能至電(dian)橋平衡，停止對(duì)測速傳💰感器進(jìn)行加熱。
 
　　假設測(cè)溫傳感器Pt1000的溫(wēn)度恒定在20℃不變(biàn)，當不同流速的(de)空氣介質在管(guan)道内流過測速(su)傳感器Pt20時，流速(sù)越大帶走的熱(rè)量越多，即Pt20的溫(wēn)度越低，Pt20阻值越(yuè)小。分别假設Pt20的(de)溫度爲25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應(yīng)的電阻值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電(diàn)橋R1阻值上的電(diàn)壓值分别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和(hé)0.419V。由此可見，熱式(shì)氣體質量流量(liàng)計🔴流量越大時(shi)，電橋采樣電阻(zu)的電壓值💛越大(dà)，将采樣值與标(biāo)準流量值進行(háng)對應就可以實(shí)現熱式氣體質(zhi)量流量📐計的出(chū)🙇‍♀️廠标定。同理，假(jia)設測溫傳感器(qi)Pt1000的溫度爲70℃(1270.7510)，測速(su)傳感器Pt20如果達(dá)到平衡停止🙇‍♀️加(jia)熱溫度爲119.77%C(恒溫(wen)差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下R1的電壓(yā)值分别爲1.903V、1.834V和1.749V,也(yě)驗證了上述仿(páng)真的正确性。
3儀(yí)表設置
　　工業現(xiàn)場應用的熱式(shì)氣體質量流量(liàng)計種類繁多，儀(yí)表參數配置也(ye)各不相同，以熱(re)式氣體質量流(liu)量計爲例，流量(liang)計的接線端子(zǐ)包括:交流AC220V供電(diàn)、直流DC24V供電;瞬時(shi)流量4mA~20mA信号輸出(chū)、工況溫度4mA~20mA信号(hào)輸出、工況表壓(ya)4mA~20mA信号輸出(有些(xiē)工況現場并不(bú)進行溫壓補償(cháng)，所以熱式探頭(tou)并不具備溫度(du)和壓力測量功(gong)能)，流量當量脈(mo)沖Pulse信号輸出;串(chuàn)口RS22數據通信接(jie)口;繼電器Alarm輸出(chu)接口。美國斯雅(yǎ)樂熱式氣體質(zhi)量流量計的經(jing)典型号是640i和780i系(xì)列流量計，儀表(biǎo)的液晶采用緊(jǐn)湊的點陣式液(yè)晶，上電後依次(cì)顯示産品版本(ben)号、儀表序列号(hao)、儀表的量程上(shang)限、氣體介質類(lei)型和備注Tag标識(shí)。由于LCD的篇幅有(you)限，一個頁面并(bìng)不能顯示完全(quan)所有的儀表計(ji)量數據和配置(zhì)參數，并且工業(yè)儀表配有防護(hu)外殼，需要設置(zhi)菜單的滾動顯(xian)示是否開啓。熱(re)式流量計的計(ji)量數據包括瞬(shun)時流量、工況溫(wen)度、工況壓力和(hé)累積流量值，表(biao)頭也可以根據(ju)現場的工藝要(yao)求設置上限或(huo)下限告警動作(zuò)。
　　熱式氣體流量(liang)計的氣體介質(zhi)包括:空氣、二氧(yang)化碳、甲烷💜(沼氣(qi)⚽)和氧氣。針對現(xiàn)場的管道情況(kuàng)，還需要設置管(guan)🤩道内徑、管道内(nèi)壁粗糙度(不同(tóng)管道材質會影(ying)響氣體計量的(de)準确度，如碳鋼(gang)和不鏽鋼的管(guan)道下，氣體的瞬(shùn)💔時流量值會有(you)少許變化)。設置(zhì)瞬時流量單位(wèi)、工況溫⛹🏻‍♀️度單位(wei)、工況壓力單位(wei)、設定工況壓力(lì)🏒值、儀表修正🤟系(xi)數、小流量切除(chú)、校準日期，以及(jí)電流㊙️輸出通道(dao)4mA和20mA校準，4mA壓力下(xià)限值、20mA壓力💔上限(xiàn)值、4mA溫度下限值(zhi)、20mA溫度上限值，阻(zǔ)尼濾波值(1~200)。除了(le)通過儀表按鍵(jian)設置參數💃🏻之外(wai)，也可以通過RS232或(huo)者RS485連接儀表配(pèi)套的上位機配(pèi)置軟件，實現計(ji)🈲量數據的實時(shí)采集記錄🈲和配(pèi)置參數的設置(zhi)。
4結論
　　熱式氣體(tǐ)質量流量計的(de)工作原理，熱式(shì)電橋電路的仿(páng)真過程和常規(guī)表頭的參數設(she)置過程。熱式氣(qi)⭐體流🛀量計應用(yòng)兩個熱電阻傳(chuan)感器(分别測流(liu)速和測工況🌈溫(wen)度),并通過電橋(qiao)電路調整兩♻️個(gè)傳感器至恒溫(wēn)差效果;通過标(biāo)定不同流📐速下(xià)電橋電路的加(jia)熱功率，實現熱(rè)式氣體瞬時流(liu)量的準🔞确計量(liàng);通過采用電路(lù)仿真的方法對(dui)電橋電路的複(fú)雜工作過程進(jìn)行了測試，測💞溫(wēn)傳感器在不同(tong)的工況溫度下(xià)☀️，仿真不同氣體(tǐ)流速下測速探(tan)頭的實時溫度(dù)值，驗證了儀表(biǎo)标定可行性。熱(rè)式氣體質量流(liú)量計是具🔴有較(jiào)高的靈敏度和(hé)重複性的工業(yè)計量儀表，尤其(qi)适用在大管徑(jing)、低流速的工業(ye)場合。

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