摘要:介紹(shao)了熱式氣體質量(liàng)流量計 的測量原(yuán)理,表頭電路仿真(zhēn)過程和儀表參數(shu)設置。應用兩個熱(rè)電阻傳感器，一個(ge)測流速，另一個測(ce)溫。通過電橋電路(lu)♍調整兩個探頭至(zhì)恒溫差，通過标定(dìng)🚶‍♀️不同流速下的電(diàn)橋加熱功率♌實現(xian)熱式氣體瞬時流(liu)量的準确計量。由(you)于儀表電路的複(fu)雜性，采用電路仿(pang)真的方法對電橋(qiao)電路進行測試，針(zhen)對不同測❤️溫傳感(gǎn)器的工況溫度值(zhi)，仿真不同氣體流(liú)速👌下，不同測速探(tan)頭的實🚩時溫度值(zhi)，驗證了不同瞬時(shí)流量下測溫探頭(tóu)的加熱功率并不(bu)相同.且具🛀🏻有标定(dìng)可行性。再以美國(guó)斯雅樂氣體質量(liang)流量計爲例，詳細(xì)介紹了熱式流量(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計的儀表計量數(shu)據和配置參數👅。熱(rè)式氣體質🐇量流量(liàng)計具有靈敏度、重(zhòng)複性高的工業計(ji)量儀表，尤其适用(yòng)于大管徑、低流速(sù)的測量場合。
　　熱式(shi)氣體流量計是一(yī)種可以直接測量(liang)氣體質量流量☁️的(de)流量計，其具有重(zhòng)複性、可靠性、穩定(ding)性高和㊙️精度👣高,在(zai)測量現場靈敏度(dù)佳，尤其适用于大(dà)管徑、低流速㊙️的測(cè)量。由于熱式氣體(tǐ)📐質量流🌈量計具有(you)壓損小、機械結構(gòu)多樣💔、安裝靈活、使(shi)用方便諸多優點(diǎn)✔️，被廣泛應用🈚于現(xiàn)場氣體的流量測(cè)量。依據《JJG1132-2017熱式氣💋體(ti)質量流量計》檢定(ding)規程，對首次檢定(ding)、後續檢定和使用(yòng)中檢定做了📐明确(que)的技術要求。
1測量(liang)原理
　　熱式氣體質(zhì)量流量計探頭有(yǒu)兩個傳感器，其中(zhong)一個溫度傳感器(qì)測量管道内氣體(ti)介質的溫度，另一(yī)個爲介質速度傳(chuan)感器，通過電加熱(rè)作用将速度傳感(gǎn)器的溫度加熱至(zhì)高于溫度傳感器(qì)測量得到的溫度(dù)，并且👌保持兩個傳(chuán)感器溫差的恒定(ding)。當氣體介質流動(dòng)帶走🧡速度傳感器(qì)上的熱量時，表頭(tou)上的電橋電路爲(wei)保持兩個傳感器(qi)的溫差恒定，速度(du)傳感器需要額外(wai)進行🥵電補償加熱(re)，這個補償的加熱(rè)功率大小和氣體(ti)介質的質量流量(liàng)成正比✂️。在實際應(yīng)用中，測溫傳感器(qì)通常應用Pt1000或者Pt300，測(cè)速傳感器一般使(shǐ)用Pt20。由于在t℃時，兩種(zhong)傳感器的電阻變(biàn)化幅度并不🧡相同(tong)，這樣就造成電橋(qiáo)的不平衡，導緻電(diàn)橋連接比較器輸(shū)人端的電壓不同(tong)✌️，從而觸發新的加(jia)熱動作。
 
　　其中，qm熱式(shì)氣體質量流量計(ji)瞬時流量值，kg/s;K是流(liu)量計出廠标定💃的(de)修正系數值;△P熱式(shi)流量計電橋加熱(re)功率，kJ/s;C。測量氣體介(jie)質的⛹🏻‍♀️定壓比熱容(róng)，kJ(kg.℃);△t熱式流量計兩個(ge)傳感器的溫差值(zhí)，℃;qvN是氣體介質的标(biao)況體積流量,Nm3/h;ρN是💁氣(qi)體介質的标況密(mi)度值，kg/m3。
　　由式(1)、式(2)可見(jian)，對于不同管徑下(xià)的氣體測量，确定(dìng)氣體介質的前提(tí)下，通過标定修正(zheng)系數K值就能實現(xian)♍現場瞬時流量和(hé)累積流量的計量(liang)。
2電路仿真
　　熱式氣(qi)體質量流量計采(cai)用電橋平衡電路(lu)對測溫和測速兩(liang)個🐅傳感器進行激(ji)勵，以Pt20和Pt1000的組合爲(wèi)例，電橋左‼️邊回🐕路(lù)R1+Pt20，電橋右邊回路R2+Pt1000;電(dian)阻R1的阻值爲4.9Ω，電阻(zǔ)R2的阻值爲270.5Ω，測量Pt1000的(de)阻值就🧑🏽‍🤝‍🧑🏻可以計算(suàn)出測✌️溫傳感器的(de)溫度值。由于通過(guò)49Ω采樣電阻和😘Pt1000的電(diàn)流相同，分别對兩(liǎng)個電阻的電壓進(jin)行采集，通過比率(lü)👅就可以計算✏️出當(dang)前Pt1000的電阻🔱值，進而(ér)計算出測溫傳感(gǎn)器的溫度♈值。由于(yu)采🔱樣電阻🏃‍♂️49Ω對測量(liang)的準确度💯影響很(hen)大，需要電阻具備(bei)低溫漂和㊙️高精度(dù)的特性，在使用的(de)過程中通常需要(yào)對采樣電🔞阻進行(háng)标定，通常是應用(yòng)标準電阻箱接人(rén)Pt1000的位置，計算出采(cai)樣電阻的準确電(dian)㊙️阻值與49Ω進行比較(jiào)，後續将此修正系(xi)數帶人計.算過程(cheng)。對熱式橋電路進(jìn)行仿真過程♉如下(xia):假設管道内🔴空氣(qi)介質的溫度爲20℃，則(zé)測溫傳感器Pt1000的電(diàn)阻值爲1077.935Ω。基于上述(shu)電橋特性，測🧡速傳(chuan)感器Pt20需達到63.67℃(産生(sheng)43.67℃溫差🔞)才能至電橋(qiáo)平衡，停止對測速(sù)傳感器進行加熱(re)。
 
　　假設測溫傳感器(qi)Pt1000的溫度恒定在20℃不(bu)變，當不同流速的(de)空氣介質在管道(dao)内流過測速傳感(gan)器Pt20時，流速越大帶(dai)走的熱量越多，即(ji)Pt20的溫度越低，Pt20阻值(zhí)越小。分别假設Pt20的(de)溫度爲25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對應的(de)電阻值爲21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω;電橋R1阻(zu)值上的電壓值分(fèn)别爲:2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和0.419V。由此可見(jiàn)，熱式氣體質量流(liú)量計✍️流量越大時(shí)，電橋采樣電阻的(de)電壓值越大，将采(cai)樣值與标準流量(liang)值進行對應就可(ke)以實現熱式氣體(tǐ)質量流量計的出(chu)廠标定。同理，假設(she)測溫傳感器Pt1000的溫(wēn)度爲70℃(1270.7510)，測速傳感器(qi)Pt20如果達到平衡停(tíng)止加熱溫度爲119.77%C(恒(heng)溫差49.779C),Pt20在75℃、90℃、110℃下R1的電壓(ya)值分别爲1.903V、1.834V和1.749V,也驗(yan)證了🈲上述仿真的(de)正确性。
3儀表設置(zhi)
　　工業現場應用的(de)熱式氣體質量流(liú)量計種類繁多，儀(yi)表參數配置也各(gè)不相同，以熱式氣(qi)體質量流量計爲(wei)例，流量計的接線(xian)端子包括:交流AC220V供(gong)電、直流DC24V供電;瞬時(shi)流量4mA~20mA信号輸出、工(gōng)況溫度4mA~20mA信号輸出(chu)、工況表壓4mA~20mA信号輸(shū)出(有些工況現場(chang)并不進行溫壓補(bu)償，所以熱式探頭(tou)并不具備溫度和(he)壓力測量功能)，流(liú)量當量脈沖Pulse信号(hao)輸出;串口RS22數據通(tōng)信接口;繼電器Alarm輸(shū)出接口。美國斯雅(yǎ)樂熱式氣體質量(liàng)流量計的經典型(xíng)号是640i和780i系列流量(liàng)計，儀表的液晶采(cǎi)用緊湊的點陣式(shi)液晶，上電後依次(ci)顯示産品版本号(hào)、儀表序列号、儀表(biao)的量程上限、氣體(ti)介質類型和備注(zhù)Tag标識。由于LCD的篇幅(fu)有限，一個頁面并(bing)不能顯示完全所(suǒ)有的儀表計量數(shù)據和配置參數，并(bìng)且工業儀表配有(yǒu)防護外殼，需要設(shè)置菜單的滾動顯(xian)示是否開啓。熱式(shì)流量計的計量數(shù)據包括瞬時流量(liàng)、工況溫度、工況壓(ya)力和累積流量值(zhi)，表頭也可以根據(ju)現場的工藝要求(qiú)設置上限或下限(xiàn)告警動作。
　　熱式氣(qì)體流量計的氣體(tǐ)介質包括:空氣、二(èr)氧化碳、甲烷(沼氣(qì))和🏃🏻氧氣。針對現場(chǎng)的管道情況，還需(xu)要設置管道内徑(jìng)、管道内壁粗糙度(du)(不同管道材質會(hui)影響氣體計量的(de)🐪準确度，如碳鋼和(he)不鏽鋼的管道下(xia)，氣體的瞬時流量(liang)值會有少許變化(huà))。設置瞬時流量單(dān)位、工況溫度單位(wèi)、工況📧壓力單位、設(shè)定工況壓力值、儀(yi)表修正🐪系數、小流(liú)量切除、校準日期(qī)，以及電流輸出通(tōng)道4mA和20mA校準，4mA壓力下(xià)限值、20mA壓力♊上限值(zhi)、4mA溫度下限值、20mA溫度(du)上限值，阻尼濾波(bō)值(1~200)。除了通🛀🏻過儀表(biǎo)按鍵設置參數🌈之(zhi)外，也可以通過RS232或(huò)🐉者RS485連接儀表配套(tào)的上位機配置軟(ruǎn)件，實現計量數據(ju)的實時采集記錄(lù)🤟和配置參數👨‍❤️‍👨的設(shè)置。
4結論
　　熱式氣體(ti)質量流量計的工(gong)作原理，熱式電橋(qiao)電路🔱的仿真過程(chéng)和常規表頭的參(can)數設置過程。熱式(shì)氣體流量計應用(yòng)兩個熱電阻傳感(gan)器(分别測流速和(hé)測工況溫度),并通(tōng)過電☎️橋電路調整(zheng)兩個傳感器至恒(héng)溫差效果;通過标(biāo)🔅定不同流速下電(dian)橋電路的加👄熱功(gōng)率，實現熱式氣體(ti)瞬時流量的準确(que)計量;通過🌂采用電(dian)路仿真的方法對(dui)電橋電路的複雜(za)工作過程進行了(le)測試，測溫傳感器(qi)在不同📱的工況溫(wen)度下，仿真不同氣(qi)體流速下測速探(tàn)頭的實時溫度值(zhi)，驗證了儀表标定(ding)可行性。熱式氣體(ti)質量流量計是具(jù)有較高的靈敏度(dù)🐉和重複性的工業(ye)計量🐇儀表，尤其适(shi)用在大管徑、低流(liú)速的工業場合。

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