真空流量計
熱式質量流量計是基于熱擴散原理的流量儀表，即是利用流體流過發熱物體時，發熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關系，具體來說，該流量計的傳感器有兩只標準級的RTD，一只用來做熱源，一只用來測量流體溫度，流體流過時，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關系，該儀表就可以把這種關系轉換為測量流量信號的線性輸出。
測量原理：
熱式質量流量計由傳感器和信號分析、處理與控制單元兩部分構成。傳感器一部分測量溫度，而另一部分用于加熱。前者監控實際過程溫度值；后者維持一恒定溫度值，使其總是高于實際過程溫度且與該過程溫度保持恒定的溫度差。氣體的質量流量越大，冷卻效應就越大，維持差分溫度所需的能量也就越大。因此，通過測量加熱器的能量便可得出被測氣體的質量流量。
產品應用：
?壓縮空氣
?鍋爐房或干燥機中的天燃氣
?釀酒廠中的氣體
?污水處理廠中的曝氣
?生成氣體（如氬氣、氮氣、氦氣、氧氣）
?氣體泄露檢測
產品特點：
?高性能智能微處理器及模數、數模轉換芯片；
?寬量程比1 00：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
?直接測量質量流量，無須溫壓補償；
?低流速測量非常靈敏；
?設計、選型方便，安裝、使用簡便；
?適合各類單一或混合氣體流量測量。
技術參數：
常用氣體量程上限（Nm3/h）（下表可擴展）：
標準狀態流量:溫度為20℃，壓力為101.325KPa時的流量。
注：瞬時流量的單位可選Nm3/h、Nm3/min 、L/h 、L/min、t/h、t/min 、kg/h 和kg/min。
產品外形：
熱式氣體質量流量計的原理及其在冶金行業中的應用淺談：
隨著我國經濟的快速發展, 以及冶金行業自動化水平的不斷提升hualu/華陸熱式氣體質量流量計在冶金行業生產中的應用受到廣泛的關注。本文主要討論在設計工作中經常遇到的熱式氣體質量流量計的工作原理及其應用等問題。
熱式氣體質量流量計在冶金行業氣體流量測量中有廣泛發展空間的測量儀表, 熱式氣體質量流量計通常采用恒溫差法對氣體流量進行準確測量, 此類流量計具有壓損小, 數字化程度高, 安裝方便, 測量準確等優點。本文將對其原理及在冶金行業中的應用進行詳細的闡述。
1 熱式氣體質量流量計的歷史和發展
早期的熱式質量流量計的加專線圈和測溫元件直接與流體接觸, 是一種接觸式流量計, 由于現場環境中普遍存在腐蝕、磨損及防爆問題, 使它的工業應用受到了很大的限制。到20世紀50年代, 人們又提出了與流體不接觸的邊界層流量計, 它克服了接觸式流量計的缺點, 但量測結果受介質參數 (如熱導率、粘度等) 以及環境震動等的影響。到20世紀70年代發展出了基于測量流體溫度分布的量熱式氣體質量流量計, 由于其*的優點在業內得到了廣泛的應用, 可它有一種致命的缺點, 即只能檢測微小流量, 僅僅適用于小管徑測量, 對于大管徑流體測量它就束手無策。在這些流量計的基礎之上, 人們又設計了一種插入式氣體質量流量計, 它的出現使得測量大管徑氣體流量成為可能。經過科技人員幾十年的努力熱式氣體質量流量計已經日益成熟, 正為各行業接受和使用。
2 熱式氣體質量流量計工作原理
熱式氣體質量流量計主要原理分為兩種, 一種是量熱式氣體質量流量計, 另一種是金氏律氣體質量流量計。其中量熱式氣體質量流量計主要用于小口徑氣體的測量而金氏律氣體質量流量計則更多的用在大中口徑管道的氣體流量測量。
2.1 量熱式氣體質量流量計工作原理
hualu/華陸量熱式氣體質量流量計的原理如圖一。兩組作為加熱及測溫的線圈繞組對稱地繞在測量管外壁, 通過管壁給流體傳遞熱量。當流量為0時, 測量管溫度按中心線對稱地分布, 測量電橋處于平衡狀態。當流體流動時, 流體將上游的部分熱量帶給下游, 因而上游段溫度下降, 而下游段溫度上升, 溫度點由中心線向下游移動。電橋測得兩組線圈的平均溫度差?θ, 可按下式求得質量流量qm。
式中qm-質量流量;
?θ-線圈溫差;
cp-氣體的定壓比熱容;
K-與檢測件形狀有關的常數。
從上述工作原理可知, 由于線圈需繞在測量管上, 當管子徑變粗時靠近管壁的流體和管中心的流體會產生較大的溫差從而導致測量精度下降, 所以這一原理無法應用到大中管徑的熱式氣體質量流量計的制造上。
2.2 金氏律氣體質量流量計工作原理
從上述工作原理可知, 當加熱功率P為恒定值時, 溫差?θ與流量qm有一定的數學關系, 從溫差?θ的變化可以反映出流量qm的變化來。反之當溫差?θ為恒定值時, 從加熱功率P的變化也可以反映出流量qm的變化來。通常稱一種測量方法為恒功率法, 二種測量方法為恒溫差法。由于這一原理的檢測元件可以做的較小故經常制造成插入式儀表, 在大中口徑管道流量的測量中應用較為廣泛。
3 熱式質量流量計的優勢
熱式氣體質量流量計由于*的原理、結構的原因使其具有一些常規流量儀表所不具備的特點。測量管徑范圍寬是其一大特點, 從DN1mm到DN5000mm以上的管徑熱式氣體質量流量計都有應用。大量程比也是熱式氣體質量流量計的一大特點, 常規的節流裝置由于開方環節的引入其量程比很難突破10:1, 而熱式氣體質量流量計通常可以達到100:1, 有一些優異的熱式氣體質量流量計甚至可以達到1000:1。在測量過程中壓力損失小是熱式氣體質量流量計的另一個優點, 其壓損幾乎可以忽略不計。隨著現代材料科技的進步, 熱式氣體質量流量計與測量介質接觸的部分可以采用更加*的材料, 例如不銹鋼、哈氏合金、蒙乃爾等, 通過使用這些合金材料, 熱式氣體質量流量計可以使用的工況條件更加豐富, 對一些高腐蝕性和高溫的氣體也有了測量的能力。熱式氣體質量流量計在面對高壓測量環境時表現也很優, 可以承受70MPa的壓力。熱式氣體質量流量計產品結構為一個堅固的整體, 沒有任何可動部件, 避免因為流體的高速通過使流量計的機械部件產生磨損、斷裂和疲勞裂縫。通常在熱式氣體質量流量計上還會加裝保護設置, 即使測量的實際流量已經超出了流程范圍, 也不會對儀表造成任何的損壞。
4 熱式質量流量計在冶金行業中的典型應用
在冶金行業中大中口徑管道的氣體流量經常需要測量, 比如高爐煤氣, 轉爐煤氣等。這些氣體的流量測量普遍具有以下的特點:
1) 管道口徑大, 要求測量裝置壓損小。
2) 受現場條件限制直管段較短。
3) 出于預留擴大生產規模的考慮, 工藝管道口徑偏大, 氣體流速普遍偏低。
4) 老舊管道由于生產規模擴大的原因氣體流速偏高。
5) 工況變化頻繁, 流量變化大。
6) 檢修時間短, 要求快速完成調試、吹掃等工作。
7) 工藝管道長年工作, 要求帶氣帶壓安裝。
8個別工況下存在需正反兩個方向流量測量的需要。
9) 出于工藝要求或計量結算的要求流量需設置溫度、壓力補正。
在上述工況條件下傳統的流量測量裝置如孔板、文丘里管等難以滿足生產的要求, 傳統的流測量裝置在直管段長度、測量范圍等無法滿足要求, 在這種情況下熱式質量流量計仍可以滿足使用條件, 正常使用。
在冶金行業中也有許多小口徑管道的氣體流量經常需要測量, 比如煉鋼環節的氧氣、氬氣流量的測量等。這些氣體的流量測量普遍具有以下的特點:
1) 管道口徑小, 要求測量裝置壓損小。
2) 測量精度要求高, 直接影響產品質量。
3) 工藝變化大, 隨時需調整流量計參數。
4) 現場環境惡劣。
5) 氣體較為純凈, 但在情況下存在臟污物質。
6) 出于預留擴大生產規模的考慮, 工藝管道口徑偏大, 氣體流速普遍偏低。
7) 檢修時候短, 要求快速完成校驗、吹掃等工作。
8) 出于工藝要求或計量結算的要求流量需設置溫度、壓力補正。
在上述條件下熱式質量流量計有著大量的應用, 流量測量在小口徑條件下保證氣體的測量精度一直是常規流量儀表的短板, 但這種工況恰恰滿足量熱式氣體質量流量計使用的條件。熱式氣體質量流量計的使用對提高產品質量、保障設備作業率、縮短檢修時間有著現實的意義。
5 熱式質量流量計的選用注意事項
hualu/華陸熱式質量流量計盡管有諸多優點但在選用中也有要求及限制, 只有滿足相關的條件熱式質量流量計才能可靠、正常的工作。
1) 要確切掌握流體的有關參數, 包括流體種類、測量范圍、物理性能 (密度、粘度、腐蝕性等) 、溫度與壓力的變化范圍及常用的溫度、壓力。比如當氣體定壓比熱容 (cp) 變化時會導致儀表量程變化。
2) 了解工藝要求及工況條件, 包括精度等級、允許壓力損失, 流體是單向流動還是雙向流動。比如當流體為脈動流或者要求儀表響應速度極快時 (熱式質量流量計的響應時間是比較長的, 時間常數一般為2~5s, 響應較快者為0.5s, 有些型號長達數秒、十幾秒甚至幾十秒。) , 需慎重選擇熱式質量流量計。
3) 了解流量計的安裝條件, 如流量計前后直管段條件, 有無停工檢修流量計的條件, 流量計是否需要在線插拔等。
4) 考慮節能。常規流量計都會造成不可恢復的壓力損失, 直接提高生產成本, 所以優先選用熱式質量流量計這樣的低運行費用儀表。
5) 投資限度。不能單方面考慮熱式質量流量計的諸多優點而不顧投資限度。
6 結論
熱式氣體質量流量計是一種優的氣體流量測量儀表, 能夠在高溫、高壓、高腐蝕性等環境下對流體進行測量, 以及其對各種管道口徑的適應性, 讓熱式氣體質量流量計在冶金行業中的應用具有其他流量儀表所沒有的優勢。就設計工作來講, 只有充分了解熱式氣體質量流量計的特性并結合現場實際要求才能保證設計選型的正確, 從而充分發揮熱式氣體質量流量的可靠性高、安裝方便等優點。
