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熱式質量流量計廠家原理特點

  熱式氣體質量流量測量方法基于熱分布原理來檢測流體流量,即利用流動氣體與氣體內熱源或測量管外熱源之間熱量交換的關系來測量流量。很久以前就產生了這種利用對氣體加熱(或氣體溫度)檢測溫度變化來測量氣體的質量流量的方法 [21]。早期的熱式氣體流量計直接將加熱元件或測量溫度的元件放入氣體中與氣體直接接觸,是一種接觸式流量計,托馬斯流量計是這種接觸式流量計的典型代表。到 20 世紀 70 年代,基于測量流體溫度變化及分布的熱分布式質量流量計(Thermal Profile Flowmeter)所呈現出來的獨特優(yōu)點得到了廣泛認可,在國內外得到了較快發(fā)展,這種熱分布式流量計主要用于測量微小氣體流量,熱分布式流量計以前常稱為熱式流量計。在接觸式流量計的基礎上,又提出了一種浸入式質量流量計,它的理論基礎是基于熱消散(冷卻)效應的 King 定律[22,23]。浸入式質量流量計出現后得到了很快發(fā)展,可以用于較大管徑的氣體質量流量測量。一般熱式質量流量計用來測量氣體的質量流量,具有可測范圍大、壓損低、精度高、復現性高和可靠性高;無可動部件,不易損壞以及可用于極低氣體流量檢測和控制等特點。熱式質量流量計目前是一種主要用來測量氣體質量流量的直接式質量流量計[24]。

熱式質量流量計|廠家原理|應用特點

熱式質量流量計的分類及典型應用:
  熱式質量流量計是在加熱流體時利用測量熱的分布、熱的轉移或是利用熱量消散效應來測得流體質量流量的流量計?;跓崃總鬟f轉移效應的產品有熱分布式流量計、邊界層流量計和托馬斯流量計,基于熱量消散效應的產品有侵入型熱消散式流量計和熱線(熱膜)風速計。 

一.基于熱量傳遞轉移效應的產品:
  托馬斯流量計是***早出現的熱分布式質量流量計,由美國的托馬斯于上世紀初提出。托馬斯流量計是一種接觸式流量計,它由一個加熱單元和一個測溫單元組成,加熱單元通過放置在氣體管路中的電熱絲對流體進行加熱,在電熱絲上下游分別放置一個阻值相同,位置對稱的熱敏電阻[25]。流體靜止時,加熱絲中心線上下游溫度場呈對稱分布,兩熱敏電阻的平均溫度相同。流體流動時,流體將上游部分的熱量帶給下游,上游熱敏電阻溫度降低,下游熱敏電阻溫度升高,溫度場將呈非對稱分布。通過測量上下游熱敏電阻的溫差,將溫差再來轉換成電信號進行處理,達到測量流體流量的目的。 

  邊界層流量計是一種非接觸式的質量流量計。將加熱線圈安置在管道的外側,將兩個溫度傳感器分別安置在遠離加熱線圈的上游管道外側和緊靠加熱線圈的下游管道外側。此時,被測流體不管處于層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài),都會在管壁內部形成一層流動邊界層。邊界層中的熱傳遞可以近似地認為只有熱傳導方式,而在管道中間部分溫度幾乎相同,即管壁外側和管內的溫度變化分布基本只產生于邊界層中。因此,可以根據熱傳導原理,通過測量溫差△T 再進行計算來獲得管中的流體流量。托馬斯流量計和邊界層流量計主要用于大流量測量[26,27]。 

  隨著現代 MEMS(微電子機械系統(tǒng))技術的發(fā)展,加工工藝越來越高,逐步制造出體積小、性能優(yōu)良的新型傳感器。將 MEMS 技術與熱傳遞效應結合起來,將加熱電阻絲和測溫電阻絲集成在一個極小的硅片基體上,這種傳感器容易批量制備,且一致好,不易損壞,對管道內的流體基本沒有阻流效應,是未來傳感器系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。
 

二.基于熱量消散效應的產品 :

  侵入型式熱消散式流量計主要基于金式定律所設計的,基本原理是采用兩支并排的熱敏電阻作為探頭,一支為普通不加熱的電阻探頭,另一支為可加熱的電阻探頭。對于熱敏電阻的加熱可以分為兩種方式,一種為恒功率加熱方式,另一種為恒溫差加熱方式[28]。恒功率加熱方式是加熱器以恒定的功率對熱敏電阻加熱,可知被測氣體靜態(tài)時,氣體不流動,不會帶走被加熱電阻的熱量,被加熱的電阻和不加熱的電阻之間溫度差***大,隨著氣體的流動,帶走了被加熱電阻的熱量,兩個熱敏電阻之間的溫差減小,通過測量溫差的變化來獲得流量。恒溫差加熱是使加熱電阻比不加熱的電阻高出一個恒定的溫度。隨著氣體的流動,被加熱的電阻由于散熱溫度降低,此時通過反饋電路增大加熱器的電流(也可以是電壓)來保持溫差為恒定值,再通過檢測變化的電流(或電壓)來獲得流量值。 
  本課題主要介紹的熱式流量計就是基于金氏定律通過恒溫差法測量的熱式流量計,此流量計響應速度快,測量精度高,從小流量到大流量都可以使用[29]。 

熱式質量流量計的特點:
  熱式質量流量計有兩種測量方法,分為接入式和插入式。接入管道式  TMF  可測量低流速(0.02~2m/s)流量;插入式  TMF  更適合于大管徑,可測量中偏高流速(2~60m/s),

插入式流量計一般帶球閥插入式安裝,可以隨時在線進行探頭的插入、回收及清洗等工作。熱式質量流量計使用性能相對可靠,直接測量氣體質量流量。 

熱式質量流量計的特點有:
1、廣泛適用于各種管道。從小管徑到大管徑等各種形狀管道的測量均可使用,***大可測管道的直徑可達 9000mm。
2、流速在  0.02 m/s~480m/s  范圍內均可測量。
3、適用于單相氣體和混合氣體的測量。
4、量程比可達到  100:1,且在測量范圍內保持較高的精度。
5、測量精度和重復性好。熱式氣體質量流量計是中等度測量儀表,國外設計優(yōu)良的產品滿量程誤差為±1%,重復性則在  0.2%~0.5%滿量程之間。
6、過載防御能力。當實際流量超出流量計測量上限時,對儀表不會造成任何損壞。
7、測溫范圍和耐壓范圍很寬。耐壓***高可達 70MPa。無需溫度、壓力補償。特別是在大管徑、低流速、間歇流量、流量變化范圍大、微小流量測量時,具有更大的優(yōu)越性。
8、耐腐蝕性。與介質接觸的部分可由不銹鋼、合金、高分子樹脂材料等構成,提高了耐腐蝕的能力。
9、結構簡單,安裝方便[30,31]。 但熱式質量流量計一般采用換熱原理,由于溫度達到穩(wěn)定時間較長造成響應速度較慢,因此響應時間一般在 2~5s,較快者為 0.5s。有的流量計采用取平均值方法,如測量 5s 內流量值后再取平均值進行顯示。如在易產生液體凝結的管道處安裝熱式流量計,
  會有液滴或雜物附著在傳感器探頭上,大大影響測量精度。故需要根據使用環(huán)境,選擇合適位置安裝熱式流量計。 

熱式質量流量計的應用:
當前,熱式質量流量計主要用于氣體的測量,在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。主要在以下多個方面應用較多:
1、鍋爐、加熱爐用氧氣、氫氣、氮氣,天然氣等流量測量控制;
2、石油化工、采油、冶金、火炬氣流量測量; 
3、燃燒爐用空氣質量流量測量控制,燃汽輪機氫氣流量和控制;
4、食品加工及飲料氣體流量和控制;
5、水廠氯氣等化學添加劑注入量的測量;
6、生產半導體時高純度氣體流量測量;
7、催化劑、化學添加劑流量測量;
8、泵的保護控制、泵密封、潤滑油池泄漏檢測;
9、空調系統(tǒng)氣體循環(huán)控制;
10、儀表用空氣、工藝空氣、氮氣等質量流量測量[32]。 

一、產品的技術優(yōu)勢:
1、專有流量數據模型算法;模糊理論控制溫度、濕度算法;
2、高性能智能微處理器及模數、數模轉換芯片;
3、寬量程比100:1;大口徑,低流速,壓損可忽略;
4、直接測量質量流量,無須溫壓補償;
5、低流速測量非常靈敏;
6、設計、選型方便,安裝、使用簡便;
7、適合各類單一或混合氣體流量測量。
 
二、產品特點:
1、采用穩(wěn)定性極高的專利技術鉑RTD傳感器
2、采用享有專有技術”平衡結構封裝”,介質溫度自補償
3、專有算法,可實現高線性、高重復性、高精度
4、量程比寬100:1,可據用戶要求可拓展
5、可實現大管徑小流量測量,***小流量可測低至零,分辨率0.001m/s
6、無可動部件、振動影響可忽略
7、直管段要求不高1-2D
8、與介質的溫度、壓力無關
9、專有高溫算法,介質溫度可達+510℃,
10、采用高濕算法,實現高精度測量
11、對流量信號鍵入12點動態(tài)修正,內置10點修正
12、在線動態(tài)校正電流/電壓輸出
13、對粉塵等小顆粒不敏感
14、在線不斷流裝卸,維護方便
 
三、應用場合:
1、公用工程—電﹑氣﹑ 水處理的監(jiān)控
管道的氣體;通用系統(tǒng);沼氣;煤氣;天然氣;液化氣;鍋爐預熱空氣
2、石油與天然氣工業(yè)
能量交換;填井氣回收; 燃氣計量;氣體質量分析;泄漏氣測試;天然氣測量;火炬氣的監(jiān)控
3、電力行業(yè)
燃料系統(tǒng)中氣體分配過程中的氣體測量;鍋爐及輔助系統(tǒng)中各種氣體的測量;燃氣爐中氣體測量;氫氣測量;電廠高爐的一次風、二次風的測量
4、化學行業(yè)
煙氣循環(huán)監(jiān)測;采樣系統(tǒng)中氣體流量計量;引風機的氣體流量計量;化肥廠氨氣測量 ;電池工廠各種氣體流量測量
5、冶金行業(yè)
鋼鐵廠加氣測量;煉鐵廠高爐煤氣的測量;焦化廠焦爐煤氣的測量;軋鋼廠加熱爐燃氣(高爐煤氣、焦化煤氣、天然氣等)的測量控制;熱處理淬火爐等的氫、氧、氮等氣體的控制
6、紙漿與造紙行業(yè)
廢水處理系統(tǒng)中氣體的測量;煙道流量監(jiān)控;鍋爐回收二次/三次空氣;鍋爐的燃氣和空氣送風測量
7、食品及醫(yī)藥行業(yè)
加工操作中新鮮空氣的加入;啤酒廠中的二氧化碳處理;瓶子消毒器中的熱空氣的流量;熱氧化過程中氣體流量測量;通風系統(tǒng);鍋爐進氣﹑廢氣﹑過程控制
8、環(huán)保
沼氣利用過程中的氣體測量;氯氣處理過程中氯氣氣體測量;污水處理過程中曝氣池的氣體測量;煙筒煙道排氣監(jiān)測SO2和NOX的排量
9、其他行業(yè)
工廠壓縮空氣測量;煤粉燃燒過程粉/氣配比控制燃料;水泥工業(yè)豎式磨粉機排放熱氣流量控制
 
四、性能指標:
1、測量范圍:0.5—100Nm/s (20℃,101.33KPa)
2、準確度: ±1%的讀數 ±0.5%滿量程
3、量程比:通常100:1(取決于標定流量的范圍)
4、管徑范圍: 15mm~6000mm
5、應用范圍: 適合各類單一或混合氣體。含塵、含沙、含濕氣、各種腐蝕性氣體
6、環(huán)境溫度范圍: -40℃~+85℃(無顯示); -30℃~+70℃(有顯示); 濕度小于90%RH
7、介質溫度范圍: -40℃~+100℃;-40℃~+200℃; -40℃~+450℃;-40℃~+510℃
8、傳感器直徑:ф3、ф2.5
9、插入式傳感器探桿直徑:ф19(標準)、ф16、ф12
10、傳感器材質:316不銹鋼、哈氏合金、鈦
11、探桿材質(保護套): 316不銹鋼(標準)、哈氏合金
12、雙向測量介質流量
13、模擬量輸出:流量:4-20mADC, 溫度:4-20mADC, ***大負載:1000Ω
14、累積脈沖量輸出
15、鍵入12段非線性修正,內置10段非線性修正
16、通訊:串口輸出RS232/RS485
17、供電電源:24VDC/600mA;220VAC/2W;110VAC/3W
18、報警:1-2路繼電器輸出、5A/220V、5A/30VDC、鍵入設定
19、大屏幕LCD顯示:七位瞬時流量,八位累積流量
20、過程壓力:1.6Mpa(***大20MPa)
21、安裝工藝形式:插入式(卡套、卡套+球閥、法蘭連接)適用于DN80以上的管道安裝,管道式(法蘭、螺紋連接)適用于DN15以上的管道安裝。
22、防爆等級:本安型(iaⅡCT5)、隔爆型(ExdⅡCT4)
23、防護等級:IP65
 
五、傳感器參數:
熱式質量流量計廠家原理特點
管段傳感器數據表 (螺紋連接)
內徑
(mm)DN
重量
(Kg)
安裝長度
(mm)L
連接螺紋
額定壓力
(MPa)
帶連接件
不帶連接件
20
4.5
280
R3/4″
G1″
1.6MPa
25
4.7
280
R1″
G11/4″
40
5.0
280
R11/2″
G2″
注:DN<20mm時,傳感器尺寸請咨詢我公司
管段傳感器尺寸表(法蘭連接)
內徑
(mm)DN
重量
(Kg)
安裝長度
(mm)L
法蘭尺寸(mm)
額定壓力
(MPa)
D
D0
N×A
20
6.2
280
105
75
4×14
1.0
25
6.6
280
115
85
4×14
32
7.2
280
140
100
4×18
40
8.2
280
150
110
4×18
50
9.6
280
165
125
4×18
65
10.8
280
185
145
4×18
80
13.1
280
200
160
8×18
100
16.5
280
220
180
8×18
125
19.6
290
250
210
8×18
150
29.8
310
285
240
8×22
200
40
340
340
295
8×22
250
56
370
395
350
12×22
300
66
410
455
400
12×22
350
70
440
505
460
16×22
400
75
480
565
515
16×26
450
90
510
615
565
20×26
500
105
550
670
620
20×26
600
162
620
780
725
20×30
700
180
690
860
810
24×26
0.6
800
240
750
975
920
24×30
1000
390
890
1175
1120
28×30
1200
650
1030
1405
1340
32×33
1400
850
1160
1630
1560
36×36
1600
1150
1290
1830
1760
40×36
1800
1500
1430
2045
1970
44×39
2000
1890
1560
2265
2180
48×42
注: 表中只給出了1.0Mpa的額定壓力,高于1.0Mpa時請咨詢我公司
 
六、產品選型:

 

HDRSL

熱式氣體質量流量計

公程通徑

-XX

100表示DN100

 

安裝形式

G

管道式

C

插入式

1

螺紋連接

2

法蘭連接

 

公稱壓力

A

0~0.6MPA

B

0~1.0MPA

C

0~1.6MPA

D

0~2.5MPA

E

0~4.0MPA

F

0~6.4MPA

G

0~10MPA

H

0~16MPA

 

工藝條件

0

普通

1

防腐

2

防爆

3

高溫

 

輸入信號

A

無輸出

B

4~20MA

C

RS485 MODBUS

供電電源

1

220V AC

2

24V DC

 

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