摘(zhai)要:介紹(shào)了熱式(shì)氣體質(zhi)量流量(liang)計 的測(cè)量原理(li),表頭電(diàn)路仿真(zhen)過程和(hé)儀表參(cān)數設置(zhi)。應♌用兩(liǎng)✔️個熱電(diàn)阻傳感(gan)器，一個(ge)測流速(sù)，另一個(gè)測溫。通(tong)過電橋(qiáo)電路調(diào)整🤞兩個(gè)探頭至(zhi)恒溫差(chà)，通過标(biao)定不同(tóng)流速下(xià)的電橋(qiao)加熱功(gong)率實現(xian)熱式氣(qi)體瞬時(shí)流量的(de)準🈚确計(jì)量。由于(yu)儀表電(dian)路的複(fu)雜性，采(cǎi)用電❤️路(lù)仿真的(de)方法對(duì)電橋電(diàn)路進行(hang)測試，針(zhēn)對不同(tóng)測👅溫傳(chuan)感器的(de)工況溫(wēn)度值，仿(pang)真♉不同(tóng)氣體流(liu)速❓下，不(bu)同測速(su)探頭的(de)實時溫(wēn)度值，驗(yàn)證了不(bu)同瞬時(shí)流量下(xia)💃🏻測溫探(tàn)頭的加(jiā)熱💛功率(lǜ)并不相(xiang)同.且具(jù)有标定(ding)可行性(xìng)。再以美(měi)國斯雅(ya)樂氣體(ti)質量流(liu)量計爲(wèi)例，詳細(xì)介紹了(le)熱式流(liú)量計的(de)儀表計(jì)量數據(jù)和配置(zhi)參數。熱(re)式氣體(ti)質量流(liú)量計具(ju)有靈敏(min)度、重複(fú)性高的(de)工業計(jì)⛷️量儀表(biǎo)，尤其适(shì)用于大(dà)管😄徑、低(dī)流速的(de)測量場(chang)合。
　　熱式(shì)氣體流(liú)量計是(shì)一種可(kě)以直接(jie)測量氣(qì)體質量(liang)流量的(de)流量計(ji)，其具有(yǒu)重複性(xing)、可靠性(xing)、穩定性(xìng)高和精(jīng)度高,在(zài)測量現(xiàn)場靈敏(mǐn)度佳，尤(yóu)其适用(yòng)于大管(guǎn)徑、低流(liu)速的測(cè)量。由于(yu)熱式氣(qi)體質量(liàng)流量計(jì)具有壓(ya)損小、機(jī)械😄結構(gòu)多樣、安(ān)裝靈活(huó)、使用方(fāng)便諸多(duō)優點，被(bei)廣泛應(ying)用于現(xian)場氣體(ti)的流量(liang)測量。依(yī)據《JJG1132-2017熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liang)計》檢定(dìng)規程，對(dui)首次檢(jiǎn)定、後續(xù)檢定和(he)使用中(zhōng)檢🛀定做(zuò)了明确(que)的技術(shu)要求。
1測(ce)量原理(lǐ)
　　熱式氣(qì)體質量(liàng)流量計(jì)探頭有(you)兩個傳(chuán)感器，其(qi)中一個(ge)溫度傳(chuan)感器測(cè)量管道(dao)内氣體(ti)介質的(de)溫度，另(lìng)一個爲(wèi)介質速(su)度傳感(gan)器，通過(guo)電加熱(rè)作用将(jiang)速度傳(chuan)感器的(de)💛溫度加(jia)熱至高(gāo)于溫度(du)傳感器(qi)測量得(dé)到的溫(wēn)度，并且(qie)保持兩(liǎng)個傳感(gǎn)器溫差(cha)的恒定(dìng)。當氣體(ti)介質流(liu)動帶走(zou)速度傳(chuán)感器上(shàng)的熱量(liang)時，表頭(tou)上的電(dian)🏃橋電路(lù)爲保持(chí)兩個傳(chuán)感器的(de)溫差恒(héng)定，速度(du)💃傳感器(qì)需要額(é)外進行(hang)🆚電補償(chang)加熱，這(zhe)個⭐補償(cháng)的加熱(re)功率🚶大(da)小和氣(qi)體介質(zhi)的質量(liang)流量成(cheng)正比。在(zài)實際應(yīng)❗用中，測(ce)溫傳感(gan)器通常(chang)應用Pt1000或(huò)者Pt300，測速(su)傳感器(qì)一般☀️使(shǐ)用Pt20。由于(yu)在t℃時，兩(liǎng)💰種傳感(gǎn)器的電(dian)阻變化(hua)幅度并(bing)不相同(tóng)，這樣就(jiù)造成電(dian)橋的不(bu)平衡，導(dǎo)緻電橋(qiáo)連接比(bi)⛷️較器輸(shū)人端的(de)電壓不(bú)同，從而(er)觸發新(xīn)的加熱(re)動作。
 
　　其(qí)中，qm熱式(shi)氣體質(zhì)量流量(liang)計瞬時(shí)流量值(zhí)，kg/s;K是流量(liàng)計出廠(chǎng)标定的(de)修正系(xì)數值;△P熱(rè)式流量(liang)計電橋(qiáo)加熱功(gōng)率，kJ/s;C。測量(liang)氣體介(jiè)質的定(dìng)壓比熱(rè)容，kJ(kg.℃);△t熱式(shi)流量計(ji)兩個傳(chuán)感器的(de)溫差值(zhi)，℃;qvN是氣體(ti)介質的(de)标況體(tǐ)積流量(liàng),Nm3/h;ρN是氣體(ti)介質的(de)标況密(mì)度值，kg/m3。
　　由(you)式(1)、式(2)可(ke)見，對于(yu)不同管(guǎn)徑下的(de)氣體測(ce)量，确定(ding)氣體🔞介(jie)‼️質的前(qian)提下，通(tong)過标定(dìng)修正系(xi)數K值就(jiù)能實現(xiàn)現場瞬(shun)時💃流量(liang)和累積(jī)流量的(de)計量。
2電(dian)路仿真(zhēn)
　　熱式氣(qi)體質量(liang)流量計(jì)采用電(diàn)橋平衡(heng)電路對(duì)測溫和(he)測速兩(liang)💜個傳感(gan)器進行(háng)激勵，以(yǐ)Pt20和Pt1000的組(zu)合爲例(lì)，電橋左(zuo)邊回路(lù)R1+Pt20，電🈲橋右(yòu)邊回路(lù)R2+Pt1000;電阻R1的(de)阻值爲(wei)4.9Ω，電阻R2的(de)阻值爲(wei)270.5Ω，測量Pt1000的(de)阻值就(jiu)可以計(jì)算出測(ce)溫傳感(gǎn)器的♻️溫(wēn)度值。由(you)于通過(guò)49Ω采樣電(diàn)阻和👨‍❤️‍👨Pt1000的(de)電流相(xiàng)同，分别(bie)對✍️兩個(gè)電阻的(de)電壓進(jìn)行采集(jí)，通過比(bǐ)率就可(ke)以計算(suàn)出當前(qian)Pt1000的電阻(zu)值，進而(ér)計算出(chū)測溫傳(chuán)感器的(de)溫度🏒值(zhi)。由于采(cai)樣電阻(zu)💰49Ω對測量(liàng)的準确(què)度影響(xiǎng)很大，需(xū)要電阻(zǔ)具備低(di)溫漂和(he)高精度(dù)的特性(xing)，在🌈使用(yòng)的過程(cheng)中通常(chang)需⛹🏻‍♀️要對(dui)采樣電(dian)阻進行(hang)标定，通(tong)常是應(yīng)用标準(zhǔn)電阻箱(xiang)接人Pt1000的(de)位置，計(ji)算出采(cai)樣電阻(zu)的準确(que)電💋阻值(zhi)與49Ω進行(háng)比較，後(hòu)續将此(ci)修正系(xi)數帶人(ren)計.算過(guo)程。對熱(rè)式橋電(diàn)路進行(háng)仿真過(guò)程如下(xià):假設管(guan)道内🌐空(kong)氣介質(zhì)的溫度(du)爲20℃，則測(cè)溫傳感(gan)器Pt1000的電(diàn)阻值爲(wei)1077.935Ω。基于上(shàng)述電橋(qiao)特性，測(ce)速傳感(gǎn)器Pt20需達(dá)到63.67℃(産生(shēng)43.67℃溫差🎯)才(cái)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻能至電(diàn)橋平衡(heng)，停止對(duì)測速傳(chuán)感器進(jin)🐪行加熱(rè)。
 
　　假設測(ce)溫傳感(gǎn)器Pt1000的溫(wēn)度恒定(dìng)在20℃不變(bian)，當不同(tong)流速的(de)空氣介(jie)✨質在管(guǎn)道内流(liú)過測速(sù)傳感器(qi)Pt20時，流速(sù)越🏃🏻‍♂️大帶(dai)走的熱(re)量越多(duo)，即Pt20的溫(wēn)度越低(dī)，Pt20阻值越(yuè)小。分别(bie)👉假設Pt20的(de)溫度爲(wèi)25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應(ying)的電阻(zǔ)值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電(dian)❓橋R1阻值(zhi)上的電(diàn)壓值分(fèn)别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和(he)0.419V。由此可(ke)見，熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liàng)計流量(liang)越大時(shí)，電橋采(cai)樣電阻(zǔ)的電壓(ya)值越大(dà)，将采樣(yàng)㊙️值與标(biāo)準流量(liàng)值進行(hang)對應就(jiu)可以實(shí)現熱式(shì)氣體質(zhi)量流量(liàng)計的出(chū)😘廠标定(ding)。同理，假(jiǎ)設測溫(wen)傳感器(qi)Pt1000的溫度(dù)爲70℃(1270.7510)，測速(sù)傳感器(qì)Pt20如果達(dá)到平衡(heng)停🛀止加(jiā)熱溫度(du)爲119.77%C(恒溫(wen)差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下(xia)R1的電壓(ya)⭕值分别(bie)爲1.903V、1.834V和1.749V,也(yě)驗證了(le)上述🎯仿(pang)真的正(zhèng)确性。
3儀(yi)表設置(zhi)
　　工業現(xian)場應用(yòng)的熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liang)計種類(lei)繁多，儀(yi)表參數(shù)配置也(yě)各不相(xiang)同，以熱(rè)式氣體(tǐ)質量流(liú)量計爲(wei)例，流量(liang)計的接(jiē)線端子(zǐ)包括:交(jiao)流AC220V供電(diàn)、直流DC24V供(gòng)電;瞬時(shí)流量4mA~20mA信(xin)号輸出(chu)、工況溫(wen)度4mA~20mA信号(hào)輸出、工(gōng)況表壓(ya)4mA~20mA信号輸(shu)出(有些(xie)工況現(xiàn)場并不(bú)進行溫(wen)壓補償(chang)，所以熱(rè)式探頭(tou)并不具(jù)備溫度(dù)和壓力(lì)測量功(gōng)能)，流量(liàng)當量脈(mo)沖Pulse信号(hao)輸出;串(chuan)口RS22數據(ju)通信接(jie)口;繼電(diàn)器Alarm輸出(chu)接口。美(měi)國斯雅(yǎ)樂熱式(shì)氣體質(zhì)量流量(liang)計的經(jing)典型号(hao)是640i和780i系(xi)列流量(liàng)計，儀表(biao)的液晶(jīng)采用緊(jin)湊的點(diǎn)陣式液(ye)晶，上電(dian)後依次(ci)顯示産(chǎn)品版本(ben)号、儀表(biao)序列号(hào)、儀表的(de)量程上(shang)限、氣體(ti)介質類(lei)型和備(bei)注Tag标識(shí)。由于LCD的(de)篇幅有(you)限，一個(ge)頁面并(bìng)不能顯(xian)示完全(quan)所有的(de)儀表計(ji)量數據(jù)和配置(zhi)參數，并(bìng)且工業(yè)儀表配(pei)有防護(hù)外殼，需(xū)要設置(zhì)菜單的(de)滾動顯(xian)示是否(fǒu)開啓。熱(re)式流量(liang)計的計(ji)量數據(ju)包括瞬(shun)時流量(liang)、工況溫(wen)度、工況(kuang)壓力和(he)累積流(liu)量值，表(biao)頭也可(ke)以根據(ju)現場的(de)工藝要(yào)求設置(zhi)上限或(huo)下限告(gào)警動作(zuo)。
　　熱式氣(qì)體流量(liàng)計的氣(qi)體介質(zhì)包括:空(kong)氣、二氧(yang)化碳、甲(jiǎ)烷(沼氣(qi))和氧氣(qi)。針對現(xiàn)場的管(guǎn)道情況(kuang)，還需要(yao)設置管(guan)道内徑(jing)、管道内(nei)🐇壁粗糙(cao)度(不同(tong)管道材(cái)質會影(ying)響氣體(ti)計量的(de)準确度(dù)，如碳鋼(gang)和不鏽(xiu)鋼的管(guǎn)道下，氣(qì)體的瞬(shun)時流量(liang)值會有(you)少許變(bian)化)。設置(zhi)✏️瞬時流(liú)量單位(wei)、工況溫(wēn)度單位(wèi)、工況壓(ya)力單位(wei)、設定工(gōng)況壓力(li)值、儀表(biǎo)修正系(xi)數、小流(liu)量切除(chu)、校準日(rì)期，以及(ji)電流輸(shu)出通道(dao)4mA和20mA校準(zhǔn)，4mA壓力下(xia)限值、20mA壓(ya)力上限(xian)值、4mA溫度(du)下限值(zhi)、20mA溫度上(shang)限值，阻(zu)💋尼濾波(bo)值(1~200)。除了(le)通過㊙️儀(yi)表按鍵(jiàn)設置參(can)數⁉️之外(wai)，也可以(yi)通過RS232或(huo)者RS485連接(jiē)儀表配(pèi)套的❤️上(shang)位機配(pei)置軟件(jian)，實現計(ji)量數據(ju)的實時(shí)采集記(ji)錄和配(pèi)置參數(shu)💚的設置(zhì)。
4結論
　　熱(rè)式氣體(ti)質量流(liú)量計的(de)工作原(yuan)理，熱式(shi)電橋電(dian)路的仿(pang)💋真過程(cheng)和常規(guī)表頭的(de)參數設(shè)置過程(cheng)。熱式氣(qi)體流量(liàng)計應用(yòng)兩個📱熱(re)電阻傳(chuan)感器(分(fen)别測流(liu)速和測(ce)工況溫(wen)度),并通(tong)過電橋(qiao)電路調(diao)整兩個(gè)傳感器(qì)至🔅恒溫(wēn)差效果(guǒ);通過标(biāo)定不同(tong)流速下(xia)電橋電(dian)路的加(jiā)😍熱功率(lǜ)，實現熱(rè)式氣體(tǐ)瞬時流(liú)量的準(zhun)确計量(liàng);通過☀️采(cǎi)用電路(lu)仿真的(de)方法對(dui)電橋電(diàn)路的複(fú)雜工🔞作(zuo)過程進(jìn)行了測(cè)試，測📱溫(wen)傳感器(qi)在不同(tóng)㊙️的工況(kuang)溫度下(xia)，仿㊙️真不(bú)同氣體(tǐ)流速下(xia)測速探(tàn)頭的實(shi)時溫度(du)值，驗證(zheng)了儀表(biǎo)标定可(ke)行性。熱(re)式氣體(ti)質量流(liú)量計是(shì)具有較(jiao)高的靈(ling)敏度和(hé)重複性(xìng)的工業(yè)計量儀(yí)表，尤其(qí)适用在(zai)大管🔴徑(jìng)、低流速(sù)的工業(ye)場合。

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