摘要:介紹(shao)了熱式氣體質量(liang)流量計 的測量原(yuan)理,表頭電路仿真(zhēn)過程和儀表參數(shu)設置。應用兩🏃‍♂️個🤩熱(rè)😄電阻傳感器，一個(gè)測流速，另一個測(ce)溫。通過電橋電路(lu)調整兩個探頭至(zhì)恒溫差，通過标定(ding)不同流速下的電(diàn)橋加熱功率實現(xian)熱式氣體瞬時🛀流(liú)量的準确計量。由(you)于儀表電路的複(fu)雜性，采用電路仿(pang)真的方法對電橋(qiáo)電路進行測試👌，針(zhen)對不同測溫傳感(gǎn)器的工況溫度值(zhí)，仿真不同氣體流(liu)速下，不同測速探(tan)頭的實時溫度值(zhi)，驗證了不同瞬時(shí)流量下測溫探頭(tóu)的加熱🌈功率并不(bu)相同.且具有标定(ding)可💃🏻行性。再以⭐美國(guó)斯雅樂氣體質量(liang)流量計爲例，詳細(xì)介紹了熱式流量(liàng)✉️計的儀表計量數(shu)據和📧配置參數🍓。熱(rè)式氣體質量流量(liang)計具有靈敏度、重(zhong)複性高的工業計(ji)量儀表，尤其适用(yòng)于大管💋徑、低流速(su)的測量場合。
　　熱式(shi)氣體流量計是一(yi)種可以直接測量(liang)氣體質量✂️流量的(de)流量計，其具有重(zhong)複性、可靠性、穩定(dìng)性高和精度🐉高,在(zai)測量現場靈敏度(dù)佳，尤其适用于大(da)管徑🔞、低流速的測(cè)量。由于熱式氣體(ti)質量流量計具有(yǒu)壓損小、機械結構(gòu)多樣、安裝靈活、使(shǐ)用方便諸多優點(dian)，被廣泛應用🔴于現(xiàn)場氣體🐉的流量測(cè)量。依據《JJG1132-2017熱式氣體(ti)質量流量計》檢定(dìng)規程，對首次檢定(ding)、後續檢定和使用(yòng)中檢定做了明确(que)的技術要求。
1測量(liàng)原理
　　熱式氣體質(zhì)量流量計探頭有(you)兩個傳感器，其中(zhong)一個溫度傳感器(qì)測量管道内氣體(ti)介質的溫度，另一(yī)個爲介質速度📐傳(chuan)感器，通🆚過電加熱(rè)作用将速度傳感(gan)器的溫度加熱至(zhi)高于溫度傳感器(qì)測量得到的溫度(dù)，并且保持兩個傳(chuan)感器溫差的恒定(ding)。當氣體介質流動(dòng)帶走速度傳感器(qì)上的熱量時，表頭(tóu)上的電橋電路爲(wèi)保持兩個傳感器(qi)的溫差恒定，速度(du)傳感器需要額外(wài)進行電補償加熱(re)，這個補償的加熱(rè)功率大小和氣體(ti)介質的質量流量(liàng)成正🌍比。在實際應(yīng)用中，測溫傳感器(qì)通常應用Pt1000或🐆者Pt300，測(cè)速傳感器一般使(shǐ)用Pt20。由于在t℃時，兩種(zhong)傳感器的電阻變(biàn)化幅度并不相同(tong)，這樣就👄造成電橋(qiao)的☁️不平衡，導緻電(dian)橋連接比較器輸(shu)人端的電壓不同(tóng)，從而觸發新的加(jia)熱動作🔞。
 
　　其中，qm熱式(shì)氣體質量流量計(jì)瞬時流量值，kg/s;K是流(liú)量計🈲出廠标🏃定🌈的(de)修正系數值;△P熱式(shì)流量計電橋加熱(re)功率，kJ/s;C。測量氣🆚體介(jie)🌈質的定壓🌈比熱容(rong)，kJ(kg.℃);△t熱式流量計兩個(ge)🚩傳感器的溫差值(zhí)，℃;qvN是氣體介質的标(biao)況體積流量,Nm3/h;ρN是🈲氣(qi)體介質的标況密(mi)💛度值，kg/m3。
　　由式(1)、式(2)可見(jiàn)，對于不同管徑下(xià)的氣體測量，确定(dìng)氣體介質的前提(tí)下，通過标定修正(zhèng)系數K值就能實現(xian)現場瞬時📐流量和(hé)累✨積流量的計量(liàng)。
2電路仿真
　　熱式氣(qi)體質量流量計采(cǎi)用電橋平衡電路(lù)對測溫和測速兩(liǎng)個傳感器進行激(ji)勵，以Pt20和Pt1000的組合爲(wèi)例，電橋左邊回路(lu)R1+Pt20，電橋右👉邊回路R2+Pt1000;電(diàn)阻R1的阻值爲4.9Ω，電阻(zǔ)R2的阻值爲270.5Ω，測量Pt1000的(de)阻值就可以計算(suan)出測溫傳感器的(de)溫度值。由✌️于通過(guo)49Ω采樣電阻和Pt1000的電(diàn)流相同，分别對兩(liǎng)個電阻的電壓進(jìn)行采集，通過比率(lǜ)就可以計算出當(dāng)前Pt1000的電⛱️阻值，進而(er)計算出測溫傳感(gan)器的溫度值。由于(yú)采樣電阻49Ω對測量(liang)的準确度影響很(hěn)大，需要電阻具備(bèi)低溫漂和高精度(du)的特性，在⛱️使用的(de)過程🥰中通常需要(yao)對采樣電⁉️阻進行(hang)标定，通常是應用(yòng)标準電阻箱接人(rén)Pt1000的位置，計算出采(cai)樣電阻的準确電(diàn)阻值與49Ω進行比較(jiào)，後續将此修正系(xi)數帶人計.算過程(cheng)。對熱式橋電路進(jin)行仿真過程如下(xià):假設管道内空氣(qi)介質的溫度爲20℃，則(ze)測溫傳感器Pt1000的電(dian)阻值爲1077.935Ω。基于上述(shu)電橋特性，測速傳(chuan)感器Pt20需達到63.67℃(産生(shēng)43.67℃溫差)才能至電橋(qiáo)平衡，停止對測速(sù)傳✊感器進行加熱(rè)。
 
　　假設測溫傳感器(qi)Pt1000的溫度恒定在20℃不(bú)變，當不同流速的(de)空✌️氣介✍️質在管道(dao)内流過測速傳感(gǎn)器Pt20時，流速越大帶(dai)🤟走的熱量越多，即(jí)Pt20的溫度越低，Pt20阻值(zhí)越小。分别假設Pt20的(de)溫度爲👉25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應的(de)電阻值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電橋R1阻(zǔ)值上的電壓值分(fen)别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和0.419V。由此可見(jiàn)，熱👄式氣體質🤞量流(liú)量計流量越大時(shí)，電橋采樣電阻的(de)電壓值越大，将采(cǎi)樣♍值與标準流量(liàng)值進行對應就可(kě)以實現熱式氣體(ti)質量流量計的出(chu)廠标定。同理，假設(she)測溫傳感器Pt1000的溫(wēn)度爲70℃(1270.7510)，測速傳感器(qi)Pt20如果達到平衡停(ting)♊止加熱溫度爲119.77%C(恒(heng)溫差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下R1的電壓(yā)值分别✉️爲1.903V、1.834V和1.749V,也驗(yàn)證了上述仿真的(de)正确性。
3儀表設置(zhì)
　　工業現場應用的(de)熱式氣體質量流(liú)量計種類繁多，儀(yi)表參數配置也各(ge)不相同，以熱式氣(qì)體質量流量計爲(wei)例，流量計的接線(xian)端子包括:交流AC220V供(gòng)電、直流DC24V供電;瞬時(shí)流量4mA~20mA信号輸出、工(gong)況溫度4mA~20mA信号輸出(chū)、工況表壓4mA~20mA信号輸(shū)出(有些工況現場(chǎng)并不進行溫壓補(bǔ)償，所以熱式探頭(tóu)并不具備溫度和(hé)壓力測量功能)，流(liú)量當量脈沖Pulse信号(hào)輸出;串口RS22數據通(tōng)信接口;繼電器Alarm輸(shū)出接口。美國斯雅(ya)樂熱式氣體質量(liàng)流量計的經典型(xing)号是640i和780i系列流量(liàng)計，儀表的液晶采(cǎi)用緊湊的點陣式(shì)液晶，上電後依次(ci)顯示産品版本号(hào)、儀表序列号、儀表(biǎo)的量程上限、氣體(tǐ)介質類型和備注(zhù)Tag标識。由于LCD的篇幅(fú)有限，一個頁面并(bing)不能顯示完全所(suǒ)有的儀表計量數(shù)據和配置參數，并(bìng)且工業儀表配有(yǒu)防護外殼，需要設(she)置菜單的滾動顯(xian)示是否開啓。熱式(shì)流量計的計量數(shù)據包括瞬時流量(liang)、工況溫度、工況壓(yā)力和累積流量值(zhi)，表頭也可以根據(jù)現場的工藝要求(qiú)設置上限或下限(xiàn)告警動作。
　　熱式氣(qi)體流量計的氣體(ti)介質包括:空氣、二(er)氧化碳、甲烷(沼✏️氣(qi))和氧氣。針對現場(chǎng)的管道情況，還需(xū)要設置管🈚道内徑(jìng)、管道内壁粗💋糙度(du)(不同管道材質會(hui)影響氣體計量的(de)準确度✔️，如碳鋼和(hé)不鏽鋼的管道下(xia)，氣體的瞬時流量(liang)值會有少許變化(hua))。設置瞬時流量單(dān)位、工況溫度單位(wei)、工況🔞壓力單位、設(shè)🤞定工況壓力🔆值、儀(yi)表修正✔️系數、小流(liú)量切除、校準日期(qi)，以及電流輸出通(tōng)道4mA和20mA校準，4mA壓力下(xià)限值、20mA壓力上限值(zhí)、4mA溫度下限值、20mA溫度(dù)上限值，阻㊙️尼濾波(bō)值(1~200)。除了通過儀表(biǎo)按鍵設置參數之(zhī)外，也可以通過RS232或(huo)者RS485連接儀表配套(tào)的🆚上位機配置軟(ruan)件，實現計☀️量數據(ju)的實時采集記錄(lu)和配置參數💘的設(she)置。
4結論
　　熱式氣體(tǐ)質量流量計的工(gōng)作原理，熱式電橋(qiao)電路的仿真過程(chéng)和常規表頭的參(can)數設置過程。熱式(shì)氣體流🌈量計應用(yong)兩個熱電阻傳感(gǎn)器(分别測流速和(hé)測工況溫度),并通(tong)過電橋電路調整(zhěng)兩個傳感器至恒(heng)溫差效果;通過标(biāo)定不同流⛷️速下電(dian)橋電路的加熱功(gōng)率，實現熱式氣體(ti)瞬時流量的準📞确(què)計量;通過👉采用電(diàn)路仿🚩真🙇🏻的方法對(dui)電橋電路的複雜(zá)工作過❗程進行了(le)測試，測溫傳感器(qì)在不同的工況溫(wen)度下，仿真不同氣(qì)體流速✔️下測速探(tan)頭的實時溫度值(zhí)，驗證了儀表标定(dìng)可行性🈲。熱式氣體(tǐ)質量流量計是具(jù)有較高的靈敏度(du)和重複性的工業(ye)計量儀表，尤其适(shi)用在大管徑、低流(liu)速的工業場合。

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