真空流量計
熱式質(zhì)量流量計是基于熱擴散原理的流量儀表，即是利用流體流過發(fā)熱物體時，發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關(guān)系，具體來說，該流量計的傳感器有兩只標準級的RTD，一只用來做熱源，一只用來測量流體溫度，流體流過時，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系，該儀表就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測量流量信號的線性輸出。
測量原理：
熱式質(zhì)量流量計由傳感器和信號分析、處理與控制單元兩部分構(gòu)成。傳感器一部分測量溫度，而另一部分用于加熱。前者監(jiān)控實際過程溫度值；后者維持一恒定溫度值，使其總是高于實際過程溫度且與該過程溫度保持恒定的溫度差。氣體的質(zhì)量流量越大，冷卻效應(yīng)就越大，維持差分溫度所需的能量也就越大。因此，通過測量加熱器的能量便可得出被測氣體的質(zhì)量流量。
產(chǎn)品應(yīng)用：
?壓縮空氣
?鍋爐房或干燥機中的天燃氣
?釀酒廠中的氣體
?污水處理廠中的曝氣
?生成氣體（如氬氣、氮氣、氦氣、氧氣）
?氣體泄露檢測
產(chǎn)品特點：
?高性能智能微處理器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；
?寬量程比1 00：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
?直接測量質(zhì)量流量，無須溫壓補償；
?低流速測量非常靈敏；
?設(shè)計、選型方便，安裝、使用簡便；
?適合各類單一或混合氣體流量測量。
技術(shù)參數(shù)：
常用氣體量程上限（Nm3/h）（下表可擴展）：
標準狀態(tài)流量:溫度為20℃，壓力為101.325KPa時的流量。
注：瞬時流量的單位可選Nm3/h、Nm3/min 、L/h 、L/min、t/h、t/min 、kg/h 和kg/min。
產(chǎn)品外形：
熱式氣體質(zhì)量流量計的原理及其在冶金行業(yè)中的應(yīng)用淺談：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展, 以及冶金行業(yè)自動化水平的不斷提升hualu/華陸熱式氣體質(zhì)量流量計在冶金行業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注。本文主要討論在設(shè)計工作中經(jīng)常遇到的熱式氣體質(zhì)量流量計的工作原理及其應(yīng)用等問題。
熱式氣體質(zhì)量流量計在冶金行業(yè)氣體流量測量中有廣泛發(fā)展空間的測量儀表, 熱式氣體質(zhì)量流量計通常采用恒溫差法對氣體流量進行準確測量, 此類流量計具有壓損小, 數(shù)字化程度高, 安裝方便, 測量準確等優(yōu)點。本文將對其原理及在冶金行業(yè)中的應(yīng)用進行詳細的闡述。
1 熱式氣體質(zhì)量流量計的歷史和發(fā)展
早期的熱式質(zhì)量流量計的加專線圈和測溫元件直接與流體接觸, 是一種接觸式流量計, 由于現(xiàn)場環(huán)境中普遍存在腐蝕、磨損及防爆問題, 使它的工業(yè)應(yīng)用受到了很大的限制。到20世紀50年代, 人們又提出了與流體不接觸的邊界層流量計, 它克服了接觸式流量計的缺點, 但量測結(jié)果受介質(zhì)參數(shù) (如熱導(dǎo)率、粘度等) 以及環(huán)境震動等的影響。到20世紀70年代發(fā)展出了基于測量流體溫度分布的量熱式氣體質(zhì)量流量計, 由于其*的優(yōu)點在業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用, 可它有一種致命的缺點, 即只能檢測微小流量, 僅僅適用于小管徑測量, 對于大管徑流體測量它就束手無策。在這些流量計的基礎(chǔ)之上, 人們又設(shè)計了一種插入式氣體質(zhì)量流量計, 它的出現(xiàn)使得測量大管徑氣體流量成為可能。經(jīng)過科技人員幾十年的努力熱式氣體質(zhì)量流量計已經(jīng)日益成熟, 正為各行業(yè)接受和使用。
2 熱式氣體質(zhì)量流量計工作原理
熱式氣體質(zhì)量流量計主要原理分為兩種, 一種是量熱式氣體質(zhì)量流量計, 另一種是金氏律氣體質(zhì)量流量計。其中量熱式氣體質(zhì)量流量計主要用于小口徑氣體的測量而金氏律氣體質(zhì)量流量計則更多的用在大中口徑管道的氣體流量測量。
2.1 量熱式氣體質(zhì)量流量計工作原理
hualu/華陸量熱式氣體質(zhì)量流量計的原理如圖一。兩組作為加熱及測溫的線圈繞組對稱地繞在測量管外壁, 通過管壁給流體傳遞熱量。當(dāng)流量為0時, 測量管溫度按中心線對稱地分布, 測量電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)流體流動時, 流體將上游的部分熱量帶給下游, 因而上游段溫度下降, 而下游段溫度上升, 溫度點由中心線向下游移動。電橋測得兩組線圈的平均溫度差?θ, 可按下式求得質(zhì)量流量qm。
式中qm-質(zhì)量流量;
?θ-線圈溫差;
cp-氣體的定壓比熱容;
K-與檢測件形狀有關(guān)的常數(shù)。
從上述工作原理可知, 由于線圈需繞在測量管上, 當(dāng)管子徑變粗時靠近管壁的流體和管中心的流體會產(chǎn)生較大的溫差從而導(dǎo)致測量精度下降, 所以這一原理無法應(yīng)用到大中管徑的熱式氣體質(zhì)量流量計的制造上。
2.2 金氏律氣體質(zhì)量流量計工作原理
從上述工作原理可知, 當(dāng)加熱功率P為恒定值時, 溫差?θ與流量qm有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系, 從溫差?θ的變化可以反映出流量qm的變化來。反之當(dāng)溫差?θ為恒定值時, 從加熱功率P的變化也可以反映出流量qm的變化來。通常稱一種測量方法為恒功率法, 二種測量方法為恒溫差法。由于這一原理的檢測元件可以做的較小故經(jīng)常制造成插入式儀表, 在大中口徑管道流量的測量中應(yīng)用較為廣泛。
3 熱式質(zhì)量流量計的優(yōu)勢
熱式氣體質(zhì)量流量計由于*的原理、結(jié)構(gòu)的原因使其具有一些常規(guī)流量儀表所不具備的特點。測量管徑范圍寬是其一大特點, 從DN1mm到DN5000mm以上的管徑熱式氣體質(zhì)量流量計都有應(yīng)用。大量程比也是熱式氣體質(zhì)量流量計的一大特點, 常規(guī)的節(jié)流裝置由于開方環(huán)節(jié)的引入其量程比很難突破10:1, 而熱式氣體質(zhì)量流量計通?？梢赃_到100:1, 有一些優(yōu)異的熱式氣體質(zhì)量流量計甚至可以達到1000:1。在測量過程中壓力損失小是熱式氣體質(zhì)量流量計的另一個優(yōu)點, 其壓損幾乎可以忽略不計。隨著現(xiàn)代材料科技的進步, 熱式氣體質(zhì)量流量計與測量介質(zhì)接觸的部分可以采用更加*的材料, 例如不銹鋼、哈氏合金、蒙乃爾等, 通過使用這些合金材料, 熱式氣體質(zhì)量流量計可以使用的工況條件更加豐富, 對一些高腐蝕性和高溫的氣體也有了測量的能力。熱式氣體質(zhì)量流量計在面對高壓測量環(huán)境時表現(xiàn)也很優(yōu), 可以承受70MPa的壓力。熱式氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為一個堅固的整體, 沒有任何可動部件, 避免因為流體的高速通過使流量計的機械部件產(chǎn)生磨損、斷裂和疲勞裂縫。通常在熱式氣體質(zhì)量流量計上還會加裝保護設(shè)置, 即使測量的實際流量已經(jīng)超出了流程范圍, 也不會對儀表造成任何的損壞。
4 熱式質(zhì)量流量計在冶金行業(yè)中的典型應(yīng)用
在冶金行業(yè)中大中口徑管道的氣體流量經(jīng)常需要測量, 比如高爐煤氣, 轉(zhuǎn)爐煤氣等。這些氣體的流量測量普遍具有以下的特點:
1) 管道口徑大, 要求測量裝置壓損小。
2) 受現(xiàn)場條件限制直管段較短。
3) 出于預(yù)留擴大生產(chǎn)規(guī)模的考慮, 工藝管道口徑偏大, 氣體流速普遍偏低。
4) 老舊管道由于生產(chǎn)規(guī)模擴大的原因氣體流速偏高。
5) 工況變化頻繁, 流量變化大。
6) 檢修時間短, 要求快速完成調(diào)試、吹掃等工作。
7) 工藝管道長年工作, 要求帶氣帶壓安裝。
8個別工況下存在需正反兩個方向流量測量的需要。
9) 出于工藝要求或計量結(jié)算的要求流量需設(shè)置溫度、壓力補正。
在上述工況條件下傳統(tǒng)的流量測量裝置如孔板、文丘里管等難以滿足生產(chǎn)的要求, 傳統(tǒng)的流測量裝置在直管段長度、測量范圍等無法滿足要求, 在這種情況下熱式質(zhì)量流量計仍可以滿足使用條件, 正常使用。
在冶金行業(yè)中也有許多小口徑管道的氣體流量經(jīng)常需要測量, 比如煉鋼環(huán)節(jié)的氧氣、氬氣流量的測量等。這些氣體的流量測量普遍具有以下的特點:
1) 管道口徑小, 要求測量裝置壓損小。
2) 測量精度要求高, 直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。
3) 工藝變化大, 隨時需調(diào)整流量計參數(shù)。
4) 現(xiàn)場環(huán)境惡劣。
5) 氣體較為純凈, 但在情況下存在臟污物質(zhì)。
6) 出于預(yù)留擴大生產(chǎn)規(guī)模的考慮, 工藝管道口徑偏大, 氣體流速普遍偏低。
7) 檢修時候短, 要求快速完成校驗、吹掃等工作。
8) 出于工藝要求或計量結(jié)算的要求流量需設(shè)置溫度、壓力補正。
在上述條件下熱式質(zhì)量流量計有著大量的應(yīng)用, 流量測量在小口徑條件下保證氣體的測量精度一直是常規(guī)流量儀表的短板, 但這種工況恰恰滿足量熱式氣體質(zhì)量流量計使用的條件。熱式氣體質(zhì)量流量計的使用對提高產(chǎn)品質(zhì)量、保障設(shè)備作業(yè)率、縮短檢修時間有著現(xiàn)實的意義。
5 熱式質(zhì)量流量計的選用注意事項
hualu/華陸熱式質(zhì)量流量計盡管有諸多優(yōu)點但在選用中也有要求及限制, 只有滿足相關(guān)的條件熱式質(zhì)量流量計才能可靠、正常的工作。
1) 要確切掌握流體的有關(guān)參數(shù), 包括流體種類、測量范圍、物理性能 (密度、粘度、腐蝕性等) 、溫度與壓力的變化范圍及常用的溫度、壓力。比如當(dāng)氣體定壓比熱容 (cp) 變化時會導(dǎo)致儀表量程變化。
2) 了解工藝要求及工況條件, 包括精度等級、允許壓力損失, 流體是單向流動還是雙向流動。比如當(dāng)流體為脈動流或者要求儀表響應(yīng)速度極快時 (熱式質(zhì)量流量計的響應(yīng)時間是比較長的, 時間常數(shù)一般為2~5s, 響應(yīng)較快者為0.5s, 有些型號長達數(shù)秒、十幾秒甚至幾十秒。) , 需慎重選擇熱式質(zhì)量流量計。
3) 了解流量計的安裝條件, 如流量計前后直管段條件, 有無停工檢修流量計的條件, 流量計是否需要在線插拔等。
4) 考慮節(jié)能。常規(guī)流量計都會造成不可恢復(fù)的壓力損失, 直接提高生產(chǎn)成本, 所以優(yōu)先選用熱式質(zhì)量流量計這樣的低運行費用儀表。
5) 投資限度。不能單方面考慮熱式質(zhì)量流量計的諸多優(yōu)點而不顧投資限度。
6 結(jié)論
熱式氣體質(zhì)量流量計是一種優(yōu)的氣體流量測量儀表, 能夠在高溫、高壓、高腐蝕性等環(huán)境下對流體進行測量, 以及其對各種管道口徑的適應(yīng)性, 讓熱式氣體質(zhì)量流量計在冶金行業(yè)中的應(yīng)用具有其他流量儀表所沒有的優(yōu)勢。就設(shè)計工作來講, 只有充分了解熱式氣體質(zhì)量流量計的特性并結(jié)合現(xiàn)場實際要求才能保證設(shè)計選型的正確, 從而充分發(fā)揮熱式氣體質(zhì)量流量的可靠性高、安裝方便等優(yōu)點。
