熱式氣體質(zhì)量流量計-三熱絲

熱式氣體質(zhì)量流量計韓克勤2015主要內(nèi)容一、熱式氣體質(zhì)量流量計基本結(jié)構(gòu)二、工作原理三、熱能傳遞定量關(guān)系四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計的因素五、使用注意事項熱式氣體質(zhì)量流量計

氣體流過外熱源加熱的管道時，帶走部分熱量，產(chǎn)生溫度場的變化，測量管壁溫度分布與氣體質(zhì)量的關(guān)系，確定管道內(nèi)氣體流動速度。一、熱式氣體質(zhì)量流量計基本結(jié)構(gòu)

在一支外層絕緣的薄壁細鎳管上，中間繞一組加熱絲，兩側(cè)對稱繞兩組阻值相等的鉑電阻，作為惠斯登電橋的兩臂連接電橋上（也有用兩組鉑電阻兼作加熱和測量的，三繞組式響應(yīng)快）。中間繞組加熱功率恒定，薄壁管長度與直徑之比要足夠大，在流量測量范圍內(nèi)不能有熱量隨氣體流出損失，以獲得良好的線性。熱式氣體質(zhì)量流量計基本結(jié)構(gòu)二、工作原理

熱式氣體質(zhì)量流量計是利用流動氣體傳熱而改變測量管壁溫度分布的變化，測量原理如下：1.管道采用細徑薄壁鎳管，與管內(nèi)流體的熱交換迅速，管壁很薄熱容量小，管壁溫度相當(dāng)于管內(nèi)氣體的溫度，而管壁很薄縱向熱阻大，管壁上溫度分布等于管內(nèi)氣體相應(yīng)位置的溫度。管壁有固定功率加熱，溫度高于流入的氣體，氣體靜止時（無流量），中間加熱的熱量向兩側(cè)擴散，管壁溫度分布曲線是對稱的（曲線A），兩只測量鉑電阻位置的溫度相等，電阻阻值相等，惠斯登電橋平衡無輸出。二、工作原理2.管道內(nèi)有氣體流動時，外界氣體溫度低于管內(nèi)溫度，將熱量從上游鉑電阻Ru帶走，經(jīng)過加熱區(qū)后，把熱量傳到下游鉑電阻Rd，使Rd溫度升高，兩只鉑電阻出現(xiàn)溫差ΔT，惠斯登電橋有信號輸出，管壁溫度分布曲線向下游移動（曲線B,C）。二、工作原理3.ΔT與流速的關(guān)系：隨著流速增加，管壁溫度分布曲線逐漸向下游移動，ΔT逐漸增加（如ΔT-v關(guān)系圖所示）。在較低流速范圍（0-b段），ΔT-v成正比，這是正常測量范圍，此時氣體流出不帶走或極少帶走熱量，誤差在2%-2.5%。流速增至b-c段出現(xiàn)非線性，此時有部分熱量被氣體帶出出口。流速再繼續(xù)增加（超過c點），管壁溫度分布曲線頂點移至下游鉑電阻Rd以外，大量熱量被帶出，Rd溫度不升而降，ΔT相應(yīng)降低，不能用于測量。二、工作原理

二、工作原理4.熱式氣體質(zhì)量流量計是利用氣體傳遞熱能的性質(zhì)做測量的，氣體種類和溫度等都直接影響熱能傳遞過程，這種流量計適用單一組份或固定比例混合組份測量，適用恒定流量測量，測量脈沖流量準確度差，被測氣體溫度變化影響流量計準確度。三、熱能傳遞定量關(guān)系

氣體在管道內(nèi)傳遞熱能過程包括兩部分，一是加熱線圈溫度高，靠氣體熱傳導(dǎo)將熱能傳給溫度低的區(qū)域，二是氣體流過管道時，處于室溫的氣體吸收管道內(nèi)熱能，溫度上升，繼續(xù)向下游流動過程，遇到高于氣流溫度區(qū)域，氣體吸收熱能，升高溫度，遇到低于氣流溫度區(qū)域，氣體釋放熱能，降低溫度，氣體吸熱放熱引起的溫度變化與氣體比熱容密切相關(guān)。三、熱能傳遞定量關(guān)系1.符號含義

λ——氣體熱導(dǎo)率

ρ——氣體密度

v——流速Cp——氣體定壓比熱容

To——氣體初始溫度S——管道截面積

Th——加熱電阻Rh溫度

Tu——上游測溫鉑電阻Ru溫度Rh—Ru距離為Lu1Ru散熱長度為Lu2Td——下游測溫鉑電阻Rd溫度Rh—Rd距離為Ld1Rd散熱長度為Ld2三、熱能傳遞定量關(guān)系熱導(dǎo)是指由于存在溫度差而引起的熱能量的遷移，熱導(dǎo)率是表示單位溫度梯度時單位時間通過垂直熱流方向單位面積的熱能，三、熱能傳遞定量關(guān)系三、熱能傳遞定量關(guān)系(引用三熱絲傳熱公式不能完全解釋清楚，僅作探討參考）2.上游的熱傳遞過程靜止時，熱量從Rh經(jīng)氣體傳給Ru的速率為：Qu1=（Th-Tu）λS/Lu1……（1）熱量從Ru經(jīng)氣體向外流失的速率為：Qu2=（Tu-To）λS/Lu2……（2）有流速時，熱量從Ru向外流出的速率增加，增加部分是將流過氣體溫度加溫后帶走熱量的速率：qu=（Tu-To）ρCpSv……（3）三、熱能傳遞定量關(guān)系上游鉑電阻總的增加和減少的熱量速率相等：Qu1=Qu2+qu……（4）將（1）（2）（3）式代入（4）式：三、熱能傳遞定量關(guān)系3.下游的熱傳遞過程靜止時，熱量從Rh經(jīng)氣體傳給Rd的速率為：Qd1=（Th-Td）λS/Ld1……（7）熱量從Rd經(jīng)氣體向外流失的速率為：Qd2=（Td-To）λS/Ld2……（8）有流速時，經(jīng)過Rd的熱量包括從上游Ru帶來的和經(jīng)過Rh加熱的熱量，Rh加熱部分占通過Rd總量的比例為C，此時，熱量流入Rd的速率增加，增加部分是：qd=C（Th-Td）ρCpSv+(1-C)（To-Td）ρCpSv……(9)三、熱能傳遞定量關(guān)系下游鉑電阻總的增加和減少的熱量速率相等：Qd1+qd=Qd2……（10）將（7）（8）（9）式代入（10）式：將上式整理并消去S：三、熱能傳遞定量關(guān)系再整理合并提取出Td:三、熱能傳遞定量關(guān)系

三、熱能傳遞定量關(guān)系四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計的因素

1.溫度：加熱繞組溫度與氣體溫度的溫差與傳感器輸出大致成正比，氣體溫度升高，與加熱繞組溫差減小，傳感器靈敏度降低，反之，氣體溫度降低可提高靈敏度。必須對儀器的溫度敏感性做修正，其方法有：A、修正加熱溫度，使加熱溫度與氣體溫差保持恒定。B、保持加熱繞組恒溫，修正橋路信號的放大倍數(shù)，與氣體溫度變化適應(yīng)。所以儀器測量流量的同時還要測量氣體溫度（現(xiàn)場溫度）。四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計的因素五、使用注意事項

1.適用測量單一組分或固定比例的多組分氣體，氣體必須清潔，水蒸氣的物理參數(shù)與空氣等被測氣體不同，所以濕度大時對測量準確度有影響。氣體中灰塵也會影響熱傳導(dǎo)。2.使用過程管道表面要保持清潔，不能附著灰塵、油污等，不能有水和其它雜質(zhì)凝結(jié)、沉積。結(jié)垢，否則影響熱傳導(dǎo)。特別是毛細管傳感器要防止灰塵堵塞。五、使用注意事項3.流量計響應(yīng)時間為秒級，測量恒定流量為佳，不宜