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热式质量流量计的测量原理

发布时间:2014-06-18 点击次数:750 新闻来源:

三十年代对热量传递的规律性进行了的研究,并确定了热量Q与热量传递诸要素之间的关系式:
3 @  u9 T% K8 v5 n( f/ `$ o) G* |Q=(A+B×ρv1/2)(Ts-Ta)+ R, _( P  O1 C8 o
其中:Q为被带走的热量;A、B为常数;ρv为质量流速;Ts、Ta为温度。
+ Q  O: ?( Y/ f6 x  g这一公式为全球科学界所公认,并由此导出质量流量的计算式:2 x% c5 [7 a( `# N6 g
G=S×ρv
* Y/ u9 e# i9 w8 h# s0 `6 c6 w) |! u其中:G为气体的质量流量;S为被测管道的横截面积;ρv为气体的质量流速。
  r9 b7 Z* s+ V) M( m+ Z1 F  f, ?二十世纪八十年代,美国、英国等开始制造基于这一原理的热式气体质量流量计,开始在各种领域得到广泛应用,成为zui先进的气体流量计。
- h% C6 [9 a$ X' V流量计由传感探头和电子部件组成。传感器探头由两个传感器组成,一个是测温传感器(短传感器,在上游),一个是测速传感器(长传感器,在下游)。测量时,传感探头插入流体中,感受流体的温度和流速。它们同时是电子部件桥路的两个桥臂,形成一个不平衡电桥。6 _7 {) 通电时,电子桥臂电流将测速传感器加热到高于流体温度Ta(由测温传感器测得)的一定温度Ts,两者的温差△T=Ts-Ta。不平衡电桥就变成平衡电桥。此时电桥便输出一个对应零流量的电压,经电路放大处理输出4mADC,瞬时流量显示0,且累积流量无累积动作,累积量保持不变。
" o8 q6 r; ~7 T) e2 p当流体流经加热的测速传感器时,根据热传导原理,将会带走测速传感器的一部分热量,使其温度Ts下降,而且流量越大,带走的热量越多,其温度Ts下降也越大,电桥又变成一个不平衡电桥。电路为保持△T恒定,电桥必须增加对测速传感器的加热功率,使其流过与流量大小成正比的电流,使测速传感器回到平衡状态时的温度Ts,这时桥路便输出一个正比于流量大小的电压信号,经电路放大、线性化处理,使输出与流量成正比的4~20mADC间的一个电流信号,瞬时流量显示为0~zui大刻度流量间的一个流量值,累积动作将以与瞬时流量成正比的速度进行累积。(图1)如上所述,设测速传感器的加热功率为P,测速传感器与流体温度的温差为△T=Ts-Ta。根据L.V.KING定理,流体流经加热的测速传感器时所带走的热量与对测速传感器的加热功率相对应,则P=△T×(A+B×ρv 1/2)。式中A、B为取决于速度传感器和流体性质的物理常数。因此,可以通过测量加热功率P来测量带走这部分热量的流体的质量流量。由于带走这部分热量的是流体的分子,所以测速传感器直接测量的是流体的质量流速ρV,只要再乘以管道截面积就可以得到流体的质量流量。基于上述原理,对于大管径的流量测量,只需在标准管径标定装置上测定相应的质量流速,就可以测量大管径中的气体质量流量。
) o- Y7 X! l% A+ K8 \两个传感器都是用性能稳定的金属铂材料通过特殊工艺密封在316L不锈钢管或抗腐蚀性能的金属钽材料管中,结构极为坚固,不会污染被测流体,耐腐蚀性能也极好。
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