热式气体质量流量计两大阵营再掀激荡狂潮

流量计是工业计量中最重要的仪器之一。随着工业生产的发展,流量测量要求的准确性和范围越来越大,流量测量技术日新月异。已经引入了各种类型的流量计以适应不同的应用。热式气体质量流量计是最广泛使用的。热质量流量计可以细分为:恒温差流量计(功耗测量方法)和恒功率流量计(温度测量方法)。从热式气体质量计的发展历史来看,恒温差动流量计首先应用于实际的工业介质测量,因为恒定温差比恒定功率更容易实现,即来自当前生产的气体质量流量。

1恒温差法

原理:在恒定的温度差(能量测量)的方法中,所述加热器比气体的温度高的温度:在热的气体部分的流动被耗散,并在一定的温度差的加热元件和测量气体之间的温度差恒定,并且控制并测量热源。功耗随着流速的增加而增加,功耗反映了气体流速。

两个金属铂电阻被添加到测量线,和铂电阻被添加到一个较小的电流(电流小于4毫安,不引起电阻加热),并用于测量所述流体的温度被测量,这是被称为温度测量电阻器。另一个用于测量流体速度的大电流(通常大于50 mA)的铂电阻称为电阻速度。考虑热扩散原理,物体的类型以及散热器加热流体夹带流体的热量与流体的流速之间的温度差。由加热器的反馈电流之间的温差组成,以增加处理器(可能是电压),以保持其恒定的温差。

流体的流量和电流(电压)与所添加的成比例:流体流量越大,电流(电压)越大,以保持恒定的温差增加。可以通过实验计算通过电流(电压)的质量流量来校准加热电流(电压)和流体的质量流量之间的关系。

2恒功率法

恒流法(温度测量)以恒定功率来加热铂,并在其流出高于气体的温度时,铂的表面部分的液体的耐热性,流动的越大,温度下降被测量,随液体流动而变化的温度可反映气流。有两种方法可以实现这一目标:

(1)仅加热铂电阻器,并通过热扩散原理测量温度差。

原理:恒温器流量计等记录在同一个勘测线两个铂电阻结构之间的差异,所述测温电阻体的流体的所测量的温度的测量,另一个用于测量测得的速度测量电阻器上的流体速度。介质的流动的铂电阻加热速度快,两个铂电阻的表面温度,不同的是减少了。流体的流速越大,两个铂电阻器之间的温差越小。铂电阻代表不同电阻,使电桥不平衡。

流体密度ρ,μ的流速,铂电阻加热流体夹带的热量Q,速度和△T21,它有一个关系铂电阻的铂电阻温度之间的温度差:

Q /ΔT21= k1 + k2·(ρ·μ)k3

在该式中,对于具有特定组成的液体,k1,k2和k3是恒定的。

在质量流量QM的管道横截面S =ρ?μ?S.测量,加热铂电阻电流的速度I,在热平衡状态下,铂电阻加热性能和流的速度,平衡的热量,即,Q = I 2?RS2 ,因此,质量流量qm与Q /ΔT21之间的关系可表示为:

Qm = f [I2 * RS2 /ΔT21]

当加热电流I恒定时,由于流体流体之间的温度差ΔT21测量忽略速度RS2的质量流量随着温度而改变铂电阻,它可能导致误差。

(2)加热两个对称的铂电阻,并根据热平衡原理计算温差。

传感器的结构是在热源的两侧对称地连接两个相同的铂电阻器并将它们引入液体中。恒流源(恒压源)用于加热热源,流体流动导致两个铂电阻器的温度不同。

从传热的角度进一步分析传感器原理。推定的牛顿流体被均匀地分布,在一个尺寸测量例如:1设置,在基板的中心R中的热传感器通过两个相同的温度感测芯片(薄膜在其两侧对称地铂电阻)传感器S1和S2和流体之间的热交换主要通过对流,可以通过传导和对流来检测热源和芯片温度之间的热交换。

当流体流速为零时,即,当流体静止时,近表面流场和所产生的温度场相对于热源对称分布。由于通过基板的热传导进行的热交换的结构对称性总是与热源对称。此时,温度检测芯片的铂电阻温度满足TS1 = TS2,即温度差:ΔT21= TS2-TS1 = 0。

当流体和铂电阻主要对流热传递之间的流体流动,是由于在衬底温度和局部对流热传递系数相对于所述热源的分布的中心的相应的场的表面的附近改变为不同的流场线,导致趋势不对称的性别分布。根据热边界层的理论,可以看出的是,上游温度感测芯片的表面冷却速度大于下游芯片表面的更高的,即,在铂电阻S1的传热系数比S2的传热系数大,所以TS2> TS1,温度差的温度差:ΔT21 = TS2 -TS1> 0。

并且ΔT21的值随着流体流速的增加而增加。当流体流动方向改变时,ΔT21也相应地改变符号。

使用热平衡方程,可以计算由于对流引起的芯片表面的温度重新分布,并且可以获得温度差与流速之间的关系。

具有恒温差原理的气体质量计的最大优点是它比具有恒定功率的气体质量计的反应时间更快。由于恒定功率测量是从实际温度获得的,因此管道的热质量和质量惯性矩测量会降低检测响应速度;差动恒温器不会改变温度分布,传感元件的热惯性影响的质量等。

在恒定质量气体质量计中,恒定功率用于加热铂电阻器,与恒温气体质量燃气表相比具有以下优势:

(1)恒定功率流量计的最大可测量流量大,并且随着介质的流量增加,加热的铂热阻的热量迅速消散。在恒温差动流量计中,必须快速增加加热电阻器的能量以确保恒定的温差。然而,由于能量的增加受到电路本身的功率和加热的铂电阻器的最大允许电流的影响,因此其最大值受到限制。而流量测量型易于实现恒功率,恒功率计一般是最大可测空气速度为488m / s的原理,最大可测量速度表温差基本上可以达到38m / s。

(2)恒功率流量计不易受污染的潮湿介质。为了快速响应温度并保持恒定的温差,铂电阻通常更精细,而恒定功率流量计可以做得更厚(不同尺寸因制造商而异)。这样,在脏的湿介质的测量中,污染的水分可能暂时粘附到铂电阻上(每个制造商已经抛光了铂电阻,并且不容易长期粘附)。对于更精细的铂电阻,附件对加热的铂电阻的散热有重要影响,在严重的情况下,测量精度会大大降低。脏湿介质的恒定性能测量要好得多。

(3)恒温差流量计不补偿温度变化,但恒功率流量计可自动补偿整个温度变化范围。众所周知,热流和平衡常数受温度变化的影响,并且通常仅在30℃的范围内恒定。如果测量的气体温度范围超过该值,则气体的热流系数和平衡常数将相同。目前市场上所有受电路设计影响的恒流差动流量计都不能补偿温度,FCI的恒定功率流量计可以自动补偿整个温度范围内的热流系数和平衡常数。,由于天气或其他原因,介质的温度范围难以保持恒定。

(4)恒定功率和恒温差在耐高温性方面存在显着差异。目前,恒功率时的最高温度稳定性可达454℃,低温差流量计一般在260℃以内,对过热蒸汽测量具有很强的适应性。

从以上方面的比较可以看出,恒功率热气体质量计具有优于恒温差动气体质量计的显着优点。在实际生产中,恒温差分反应快速且易于实施,因此大多数产品目前使用该原理。然而,与恒功率质量流量计相比,它具有明显的优势,已成为另一个研究和发展方向。

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