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浅析热式气体质量流量计的研发说明

 发布时间:2018-02-27
研发的热式气体质量流量计能自动检查和变送细小流量,丈量气体的规模是0 -101/hr(带旁通可扩展至0 -3001/hr或许更大),具有作业压力高、温度规模宽、耐腐性能好、输出规范电流等特征,是完成中小型设备自动化的主要东西。
细小流量的自动检查在很多工业部分(如原子能工业、石油和化学工业、航空、半导体、医药、轻工、食物及环保等部分)取得广泛的使用;现已开展了多种检查小流量的技能,如内孔板、毛细管、小型涡轮流量计和热式气体质量流量计等。因为毛细管和内孔板设备容易阻塞,而涡轮式小流量计机械加工又请求很高,这就约束了它们的广泛使用。热式气体质量流量计不但能克服这些缺点,并且能直读质量流量,没有可动部件,安稳性好,可靠性高,量程宽,线性好等。这些年,各国均有工业化商品报道,是小流量范畴最具特征的检查外表。
国内一些科研和出产部分,近十几年来,在热式气体质量流量计研讨作业中亦作过不少作业,但直到现在为止,没有见到有定型的商品。
热式气体质量流量计的开展已有近七十年的前史,初始的暖流量计由Thomas(托马斯)提出,构造原理示于图1。它由加热电源去坚持两测温元件之间安稳的温差(或许加热功率不变而温差可变),其加热元件和测温元件均被加工成栅状,以立体方式跨过流体的全部横截面,写入的热量Q与质量流量M的联系为:
式中C为流体的比热,4t为测温元件间的温差。由(1)式可知,当坚持安稳的温差时,则Q是M的线性函数;而坚持安稳功率时,则△t反比于M。
托马斯流量计把全部热式气体质量流量计丈量元件置于流体中,这样易受冲击、腐蚀、磨损和污染,并且因为全部流体均被加热,当用其丈量大流量的气体或液体时,功率损耗和外表的呼应时刻就变得很大。尽管如此,直到现今,仍有一些工厂在出产根据托马斯外表原理的被称作热丝式和热膜式风速计的流量外表。
对托马斯流量计的改善表现为两个方面,其一是把加热元件和测温元件的功用融构成一体,此类外表称作自加暖流量计,其二是将测温和加热元件设置子薄壁丈量管的外壁,使丈量元件受到保护,免受流体冲击和腐蚀。此类外表构造见图2。在这种非触摸式测址构造里,绕组W4绕于封闭的作为参比日的金属管的外壁,而W1:绕于丈量管的外壁。W12,W3与别的两个固定电阻构成惠斯登电桥,中间的管制是扩展量程用的旁通管。参比臂对电源和环境条件的改变有抵偿作用。众所周知,用电桥丈量温差既方便又安稳,热式气体质量流量计输出为直流毫伏信号。因而这种办法得到了很大的开展,主要用来检查气体小流量。在坚持安稳功率时,温差t与流量M成份额,因为电桥能够完成温差一电阻一mv信号的转换,所以输出的mv就直接正比于气体的质量流量 M 。
法国的U65型、U70型等微流量计和美国的LF与HF系列热式流量计,原则上均属此种原理。
加热被测气沐的办法除了把直流电通向电阻丝,并经薄}r管向气体内传热这种方式外,还开展了低频和高频加热丈量管的办法。低频的办法多使用管自身的电阻,在管的两头施加低频低压交变电流;高频的办法多使用环形fn流或l J}应加热。热式气体质量流量计这就称之为热管式流量计。
检查温差的办法除选用电阻体外,尚可选用热电偶,通常丈量管自身可作为热电偶的一极,这种办法在美国取得了专利。
第三类热式气体质量流量计是根据丈量在管的内壁与流体之间构成的流体边界层的原理,因为边界层的热传导与质量流量有对应联系,此类外表称为边界层热式流量计,已被一些国家开展为检查液体小流量的工业化外表。边界层流量计的一般方程可表为:
关于层流n = 1/3;关于湍流n = 0.8,明显关于托马斯外表,n= 1。但(2)式的C为综合性常数,与管内径D、加热面的轴向长度L、流体的热导率K、比热C:及粘度u等有关。
这篇文章总结了非触摸式自加热型TMF一G气体热式气体质量流量计的研发进程。现在的商品能丈量量程为0-300l/hr的气体流量,压力可达250kg/cm2,最小检查限小于等于1m分;选用了环境温度抵偿和增加速呼应电路,使外表灵敏度、安稳性、重现性均达到或超过了原规划目标,其主要性能与法国U70型同类商品适当。

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