熱導式流量計的應用淺析
發布時間：2017-09-01
流動和熱量的移動以及流動的流體和固體間的熱量交換存在著密切的關系，可以利用這種關系來測量流體的流量和流速。這種應用熱能來測量流量的方法，早在20世紀70年代就已經開始了。但是熱導式流量計的應用開發，還是近幾年的事情，目前國內應用還不很廣泛。最近，我廠引進了美國Intek公司的熱導式流量計應用于焦爐煤氣的流量檢測，經過一段時間的摸索體會，現對其作一簡略的淺析。
1測量原理
熱導式流量計的測量方法，是依據發熱元件耗散熱量與流速的關系而實現的。其方法是將置于流體中的很細的金屬絲，通以電流加熱，由于流體的流動將迫使熱絲冷卻，并且被冷卻的程度是隨流速而變化的。因此，通過測量熱絲電阻值的變化可以求出流速和流量。
根據物體與流體間的熱傳導關系，可得出熱絲耗散熱量Qt與流速v之間的關系為:
在上式中，已將流速測量變為電參數的測量，如果熱絲的溫度保持不變，則電阻R為常數，此時電流為流速的函數。
2構成
熱導式流量計目前的品種較多，我廠現應用的是插人式熱導式流量計。其組成是由一個變送器和一套電子裝置構成，電子裝置用于信號處理，通過防爆殼體組裝在變送器上，其變送器的插入部分是由2個熱傳感器組成，其中一個與流體形成熱平衡并提供一流體的溫度基準，而另一個熱傳感器為功率恒定的熱加熱器，其溫度T稍高于流體溫度，流體靜止時溫度最高，隨著流體流速的增加，流體帶走了熱量，溫度下降，測得溫度差為△T=T-T0。由于流體從傳感器上所帶走的熱量與流體速度相關，因此，測得的基準傳感器與加熱傳感器之間的溫度差，即為所測流體速率的函數。電子裝置實際是一個CPU電路，其中電流控制電路對所測溫度差進行放大和轉換，其信號再通過演算電路進行演算、放大、轉換，最后產生4一20mA的直流流量信號輸出，如圖1。
3特點
(1)可測量低、中、高流速的流體，使用范圍較寬，量程比大于10：1.
(2)無運動部件、沒有易磨損、卡滯、破裂、易疲勞的旋轉、移動、搖動或振動的部件，可靠性加強。
(3)防潮濕、耐腐蝕、抗振性能好。
(4)壓損很小，可帶壓安裝，不需中斷流體。
(5)通過紅、綠雙色LED，可調節設定點。
(6)可選擇時間反應強化特征。
(7)流量、壓力可達34.。5MPa。
4缺點
(1)對被測氣體組分變化較大的場所，由于CP,值的熱導率的變化，測量值會有較大變化而產生誤差。
(2)不宜應用于粘性液體的場合。
(3)對脈動流在使用上將受到限制。
(4)響應時間較長，約4一12s.
5使用要領
(I)安裝時注意流體方向和變送器標示方向的一致性。這對檢測的準確性極為重要，兩個探針(傳感器)應并列迎接流體。
(2)一般推薦安裝直管段的要求為上流20倍管道直徑，下流為10倍管道直徑，對現場環境條件限制的場合，可適當放寬，但一般不應低于前10d后5d。
(3)傳感器的插入深度應將端部延伸至管道中心線以下5一25mm處。
(4)安裝方式可垂直、水平或斜插，但方向應在與管道方向的垂直平面內。
(5)電子裝置的進線口應注意密封，防止潮濕進人，內部電子元件的環境溫度以不超過60℃為宜。
(6)傳感器探針在安裝、搬運過程中應更加注意，不要碰傷損壞或彎曲變形。
6應用分析
焦爐煤氣是一種組分含量比較復雜的混合氣體，它的基本組成為H2 (54%一59%), CH4 (23%28 % )、CnHm (2%一3%), CO (5.5%一7%), CO2(1.5%一2.5%), O2 (0.3%一0.7%), N2 (3%-5%)和少量水蒸汽，因而熱導式流量計能否適應于焦爐煤氣的測量，有待實踐的驗證。從理論公式Q1可以知道，影響流量準確度的參數很多，其中氣體密度 ρ與定壓比熱Cp是隨著混合氣體的組成變化而變化的。而實際上，隨著操作溫度、壓力的變化，混合氣體很難讓 ρ與Cp保持絕對的穩定，它們會在一定范圍內波動，從而使所測得的流量偏離實際值。
另一方面，由于煤氣凈化工藝的質量，煤氣中或多或少地仍帶有少量焦油霧，這些焦油霧會附著于熱傳感器的表面形成一層保護膜，從而使熱絲被冷卻的程度降低，最終影響到被測流量的準確度。
從以上兩方面的分析，熱導式流量計在焦爐煤氣中的測量，其測量值可能會偏離實際值，這就需要對測量值加以修正，其修正系數應根據理論和實測來確定。
7應用效果
其檢測性能基本上能滿足工藝要求。與其它流量計相比，相對維護量較少，無需特別的維護或調校。無差壓式測量的泄漏或堵塞所造成的麻煩。安裝、拆卸方便，無需中斷流體或停產，特別適宜于連續生產的場合。
8有關標準和檢定規程的說明
當前，熱導式流量計尚無國際計量規程。國際標準方面僅有正在制訂的應用方面標準草案ISO/DIS145110該標準草案規定儀表規范的內容和選用原則，提出標準和安裝要求等。國內尚無國家標準或行業標準，已有國家計量檢定規程”6897一95《質量流量計檢定規程》，但內容比較簡略，可供參考。
摘自：中國計量測控網
