摘要：從(cong)插入式熱式(shi)質量流量計(ji)
的測量原理(li)、流量計算.應(ying)用特點等方(fang)面來說明其(qí)🧑🏽🤝🧑🏻在環保和空(kōng)💁調行業中的(de)可用性，并着(zhe)重介紹了熱(re)式質量流量(liàng)計如何選擇(ze)測量點和直(zhí)管段，以及在(zài)方形管🌈道流(liú)量測量中的(de)應用。
1前言
随(sui)着環境保護(hù)意識的加強(qiang)，對生活、工業(yè)上廢水、廢氣(qi)🈲排放的檢測(ce)和控制也越(yue)來越重視。對(dui)于廢液的監(jian)控，可以采用(yòng)電磁流量計(jì);但是由于環(huan)保廢氣的多(duo)粉塵、混合組(zǔ)✉️分及要求低(dī)壓損、防爆、防(fang)腐蝕的特點(dian)，監控儀表相(xiàng)對難選。一般(bān)的流量儀表(biao)有壓損，要🧑🏽🤝🧑🏻求(qiu)氣體介質相(xiàng)對純淨，如果(guo)采用儀表，價(jia)格偏高，所🔴以(yi)，在精度要♉求(qiu)不是高的場(chǎng)合，1可以采用(yòng)熱式氣體質(zhi)量流量計。
2插(chā)入式熱式流(liú)量計測量原(yuan)理及流量計(jì)算
熱式質量(liàng)流量計是利(li)用傳熱原理(lǐ),即流動中的(de)流體與熱源(yuan)(流體中加熱(rè)的物質或測(cè)量管外加熱(rè)體㊙️)之間熱量(liang)交換關系來(lai)測量流量的(de)儀表，目前主(zhu)要用于測量(liang)氣體。熱式流(liú)量儀表用得(dé)最多有兩類(lèi)，一🚶是利用流(liú)動流體傳遞(di)熱量改變測(ce)量管壁溫度(du)分♻️布的熱傳(chuán)導分布效應(ying)的熱分布式(shì)流量計，曾稱(cheng)量熱式TMF;另外(wài)--類是利用熱(rè)消散(冷卻)效(xiào)應的金氏定(dìng)律TMF又由于結(jie)構上檢測元(yuán)件伸入測量(liàng)管内,也稱插(cha)入型或侵入(ru)型。插入型的(de)工作原理及(jí)流量計算如(ru)下:
如圖所示(shì)，插入式熱式(shi)氣體質量流(liú)量計由兩個(ge)電阻溫度計(ji)組💜成傳感器(qi)，一個測溫探(tan)頭，感受流體(tǐ)溫度T2另一個(ge)電阻溫度計(ji)由❄️電路加熱(re)到溫度T1用來(lai)測量流體帶(dài)走的㊙️熱量變(biàn)化，亦稱測速(sù)探頭。T1高于T2。并(bing)保持△T恒定,即(jí)△T=T1-T2。當流體流經(jīng)傳感器時，由(yóu)于測速探頭(tóu)的🈲自身溫度(dù)T1高于測溫探(tàn)頭感受的溫(wēn)度即流體溫(wēn)度T2,流體便帶(dai)走了測速探(tan)頭上的一部(bù)分熱量(高㊙️溫(wen)向低溫傳遞(di))，使T1下降。電路(lu)爲保持△T恒定(dìng)，便增加對測(ce)速探頭的加(jiā)熱功率，使✌️△T=T1-T2恒(héng)定。流體帶走(zǒu)測速探頭.上(shàng)多🛀少熱量，電(dian)✂️路便增加相(xiang)應數量的電(diàn)功率，兩者之(zhi)間存在着一(yī)個函數關系(xi)"。設對測速探(tàn)頭的加熱功(gōng)率爲P1，流體的(de)質🚶量流量爲(wèi)Q,則根據流體(tǐ)流過測速探(tàn)頭😍時所帶走(zǒu)的熱量與對(dui)測速探頭的(de)加熱功率相(xiàng)對應的原理(li)🧡，得到下列關(guān)系式:
式(1)中，PocQ
因(yin)此，可以通過(guò)測量加熱功(gong)率P,來測量帶(dai)走這部分熱(re)量的流體的(de)質量流量。由(yóu)于帶走着部(bù)分熱量的是(shi)流體的分子(zǐ)，所以，測速探(tàn)頭直接測量(liàng)的是流體的(de)質量流速pv,此(cǐ)時，隻要乘上(shàng)管道的橫截(jié)面積，就可以(yǐ)得到流體的(de)質量流量了(le)。由于氣體流(liú)過探頭時帶(dai)走熱量和氣(qì)體的質量流(liu)量成比例關(guān)系,也和探頭(tóu)間溫差有關(guān)，流量越大，兩(liǎng)探頭之間溫(wēn)差越小，氣體(tǐ)質量流量與(yǔ)溫差之間的(de)聯系通過質(zhi)量流速ρv建立(li)"。
式中:Qm-質量流(liu)量，kg/s;
Kv-測量頭儀(yi)表系數;
a-速度(du)分布系數;
B一(yi)阻塞系數;
x-幹(gan)擾系數;
A-儀表(biao)表體(測量管(guǎn)道)的内橫截(jie)面積，m²
ρv一質量(liàng)流速，kg/(m²·S)。
基于_上(shang)述原理，對于(yú)大管徑的流(liú)量測量來說(shuō),雖無相應的(de)大管徑标定(dìng)裝置來對流(liu)量計進行标(biāo)定，但隻要在(zài)标準口🏃徑的(de)标定裝置.上(shàng)測定相應的(de)質量流速，也(ye)就可方便地(di)測量出大管(guan)徑中流體的(de)質量流量了(le)。
由于兩個傳(chuan)感器都是用(yòng)性能穩定的(de)金屬鉑材料(liào)通過🍉特殊工(gōng)💰藝密封在316L不(bú)鏽鋼管或抗(kang)酸、堿腐蝕的(de)🏃🏻♂️K2760哈氏🈲合金或(huo)鉑🔱套管中制(zhi)成，因此極爲(wèi)堅固,并不會(hui)污染被測流(liu)體或受被測(ce)流體㊙️污染，且(qie)其抗腐蝕性(xing)能相當好。
3熱(re)式質量流量(liang)計的應用特(tè)點
當前TMF大部(bù)分用于測量(liàng)氣體，隻有少(shao)量用于測量(liàng)微小液體流(liú)量。熱式質量(liàng)流量計具有(you)性能可靠、無(wú)可動部👉件、安(ān)👨❤️👨裝方便，壓損(sǔn)小🥵、量程比寬(kuān)(可達1000:1)、靈敏度(du)高等特點2,特(te)别适❓用于大(da)🆚管徑、低流速(sù)，非圓截面管(guǎn)道、現場空間(jian)‼️狹窄處測🔞量(liàng)等特殊工況(kuàng)，在環境保護(hu)和🏃🏻過程工業(ye)的應用發展(zhan)迅速，例如:污(wu)水處理過程(cheng)中🌏發生的氣(qì)體，燃料電池(chí)工廠各種氣(qì)體的流量📱測(ce)量及煤粉燃(rán)燒過程💋粉/氣(qì)配⛹🏻♀️比控制等(děng)。
與常用的
孔(kǒng)闆流量計
、
渦(wo)街流量計
和(he)差壓式均速(sù)管、文丘裏流(liú)量計相比較(jiào)，熱式氣體質(zhi)量流量計有(yǒu)如下特點:
(1)直(zhi)接測量流體(ti)的質量流量(liang)或标準狀态(tai)下的體積流(liu)量，不需要進(jin)行溫度壓力(li)補償;.
(2)一次元(yuan)件結構簡單(dan)，采用不鏽鋼(gang)或特種合金(jin)外殼覆蓋，不(bú)怕髒污或腐(fu)蝕，不存在堵(dǔ)塞問題,且表(biao)面髒污極易(yi)清除。帶不斷(duàn)流裝拆裝置(zhì)，可實現不停(ting)氣裝拆，清洗(xi)維修，簡便易(yì)行;
(3)量程比特(tè)大，可達1000:1，可測(cè)流速範圍0.1m/s~60m/s,完(wan)全覆蓋-般工(gong)業😄廢😍氣及煤(méi)氣廠輸出總(zǒng)管中的流速(su)範圍。因而隻(zhī)需在總🧡管上(shang)裝一🔱台插入(ru)式🈲熱式氣體(ti)質量流量計(ji)，就可滿足計(ji)量要求。大大(dà)地節省了投(tou)資,簡化了系(xì)統結構，方便(biàn)🐪了管理,提高(gāo)了系統工作(zuo)的可靠性;
(4)儀(yí)表精度高(+10%FS)，性(xing)能穩定(重複(fu)性士0.25%FS)，幾無壓(yā)力損失，對管(guǎn)道振動不♈敏(min)感。
此外，熱式(shi)氣體質量流(liú)量計靈敏度(du)高，尤其适合(hé)于大管💜徑、低(di)流速的流量(liang)測量。且在大(da)管徑中使用(yong)，其性能價格(gé)比更顯優勢(shi);防💔爆、防護、抗(kang)腐蝕設計,又(you)使它能适應(yīng)惡劣工況，危(wēi)險場合。
熱式(shì)氣體質量流(liú)量計作爲一(yī)種插入式流(liu)量計，由.上述(shù)插入✉️式流量(liang)計的測量公(gong)式可見該流(liu)量計同㊙️樣方(fāng)便适用于方(fāng)形管道的氣(qi)體流量測量(liàng)。環保管道一(yī)般用圓形，而(er)空調的管道(dao)很多地🌈方爲(wei)方形。孔🌈闆等(děng)很多儀表沒(mei)有測量方形(xing)管道的數據(ju)，若使用插入(ru)式熱式氣體(tǐ)質量流量計(ji)，不論圓形或(huo)是方形🛀🏻管道(dào)均可通過計(jì)算獲得，這也(ye)解決了低壓(yā)方形通風管(guǎn)道的流量測(ce)量問題🔴。
4測點(dian)位置的選擇(ze)
正确選擇測(cè)點位置是減(jian)少測量誤差(chà)的重要條件(jiàn),測💃點位🔆置選(xuan)擇不當，會增(zēng)加流量計的(de)測量誤差，對(duì)于熱⛱️式氣體(ti)質量流🙇🏻量計(ji)，按相關資料(liào)小結，其測點(dian)位置的選擇(zé)應滿足如下(xià)要求:
(1) 盡可能(neng)保證測點前(qian)後直觀段的(de)長度，一般要(yào)求前≥20D(D爲被測(ce)管道内徑)，後(hòu)≥10D。管道内的流(liu)場分布，隻與(yǔ)管道⛷️系統有(you)關，因此，測點(dian)🔞前後均應避(bi)開“擾動源”
(2)測(ce)點附近無“二(er)次流”，以避免(miǎn)擾亂流場,測(cè)點附近應🌂絕(jue)對避🙇♀️免有“回(hui)流”情況，如有(yǒu)，可移位安裝(zhuāng)或安裝“止回(huí)閥”如安裝止(zhi)回閥，應确保(bǎo)測點後直管(guǎn)段長度210D。
(3)測點(dian)附近應避免(mian)被測氣體組(zu)分(尤其是含(han)水、含油、含塵(chen)量)的⭕起🈲伏變(biàn)化，盡可能選(xuan)擇具有“穩定(ding)流”的測量點(diǎn)。
(4)測點附近被(bèi)測氣體的流(liu)速應控制在(zài)<60m/s.的範圍内。10m/s~30m/s爲(wei)經濟💋流速，推(tuī)薦使用。易燃(rán)易爆氣體應(ying)控制在安全(quán)流速範圍内(nei)。
5測點前後直(zhí)管段與測量(liàng)精度
環保廢(fei)氣管道管徑(jing)大，很多都無(wú)法保證直管(guǎn)段的要求，那(na)麽，測量精度(dù)會因爲直管(guan)段的減小而(er)降低⭕。如儀表(biao)廠💔的樣本注(zhu)明熱式質量(liàng)流量計可達(dá)到土1%的精度(du)，直管段是前(qian)/後🔴爲20D/10D,如果現(xian)場條件不允(yun)許，無法選到(dào)滿足要求的(de)測點時，精🧑🏾🤝🧑🏼度(du)會降低。我們(men)建議💋其工程(cheng)處理可以采(cǎi)用在允許誤(wù)差範圍内适(shi)當減少直管(guǎn)段的方案，參(cān)考标準孔闆(pǎn)直管段減少(shao)與誤🔞差增加(jiā)的原則來估(gu)算。
熱式氣體(ti)質量流量計(jì)的直管段對(dui)誤差的影響(xiǎng)沒有權威的(de)數🌈據，而标準(zhǔn)孔闆、噴嘴、文(wén)丘裏等有數(shu)據。根據中華(huá)人民共和國(guo)化工行業标(biao)準自控安裝(zhuāng)圖冊HG/T21581-2010的資料(liào)整理成表，供(gòng)大家參考。環(huán)保I程目前因(yīn)爲⛷️難測量，儀(yí)表價格貴，n很(hěn)多地方沒有(you)測量，故我們(men)認爲适當增(zeng)加誤差(保證(zheng)系統誤差在(zài)±1.5%~±2%之内)，選用性(xìng)價比高的熱(rè)式質量流量(liang)計還是🌐可取(qu)的。
當然我們(men)希望有關方(fāng)面能做一個(gè)測試數據，以(yǐ)使用戶更放(fang)心🧑🏽🤝🧑🏻，亦可在很(hěn)多行業推廣(guǎng)應用。
6用戶訂(dìng)貨時要注意(yi)的問題
如果(guo)熱式氣體質(zhì)量流量計的(de)有關樣本比(bǐ)較簡單,用戶(hu)✂️在選☎️用時還(hái)要向制造廠(chang)了解清楚下(xià)列問題:
(1)傳感(gǎn)器中探頭的(de)插入深度與(yu)氣體管道的(de)管徑有關，制(zhi)造廠有什麽(me)建議長度(注(zhù):一般大管道(dào)要插入到1/4管(guan)徑處，即平均(jun)流速點;小管(guan)道要插入到(dao)管中心♊)。
(2)傳感(gan)器的探頭插(cha)入深度是否(fǒu)可調整，用戶(hu)現場如何調(diào)⚽整。
(3)由于插入(ru)式氣體質量(liàng)流量計探頭(tóu)的保護套用(yòng)材🚩較少㊙️，對強(qiáng)腐蝕介質可(kě)選用高級耐(nai)腐蝕金屬材(cai)料🈲，比起其它(ta)流量計價👌格(ge)升高較少，以(yǐ)更好地發揮(huī)插入式氣‼️體(tǐ)質量流量的(de)應用優♻️勢。
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