熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)利用了流體(氣體)與固體(傳感器探頭)之間的熱傳導(dǎo)原理—L.V.KING定理。L.V.KING是美國科學(xué)家,他于二十世紀(jì)三十年代對熱量傳遞的規(guī)律性進(jìn)行了**的研究,并確定了熱量Q與熱量傳遞諸要素之間的關(guān)系式:
Q=(A+B×ρv1/2)(Ts-Ta)
其中:Q為被帶走的熱量;A、B為常數(shù);ρv為質(zhì)量流速;Ts、Ta為溫度。
這一公式為科學(xué)界所,并由此導(dǎo)出質(zhì)量流量的計(jì)算式:
G=S×ρv
其中:G為氣體的質(zhì)量流量;S為被測管道的橫截面積;ρv為氣體的質(zhì)量流速。
二十世紀(jì)八十年代,美國、英國等開始制造基于這一原理的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì),開始在各種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成為**的氣體流量計(jì)。
流量計(jì)由傳感探頭和電子部件組成。傳感器探頭由兩個(gè)傳感器組成,一個(gè)是測溫傳感器(短傳感器,在上游),一個(gè)是測速傳感器(長傳感器,在下游)。測量時(shí),傳感探頭插入流體中,感受流體的溫度和流速。它們同時(shí)是電子部件橋路的兩個(gè)橋臂,形成一個(gè)不平衡電橋。
通電時(shí),電子橋臂電流將測速傳感器加熱到高于流體溫度Ta(由測溫傳感器測得)的一定溫度Ts,兩者的溫差△T=Ts-Ta。不平衡電橋就變成平衡電橋。此時(shí)電橋便輸出一個(gè)對應(yīng)零流量的電壓,經(jīng)電路放大處理輸出4mADC,瞬時(shí)流量顯示0,且累積流量無累積動作,累積量保持不變。
當(dāng)流體流經(jīng)加熱的測速傳感器時(shí),根據(jù)熱傳導(dǎo)原理,將會帶走測速傳感器的一部分熱量,使其溫度Ts下降,而且流量越大,帶走的熱量越多,其溫度Ts下降也越大,電橋又變成一個(gè)不平衡電橋。電路為保持△T恒定,電橋必須增加對測速傳感器的加熱功率,使其流過與流量大小成正比的電流,使測速傳感器回到平衡狀態(tài)時(shí)的溫度Ts,這時(shí)橋路便輸出一個(gè)正比于流量大小的電壓信號,經(jīng)電路放大、線性化處理,使輸出與流量成正比的4~20mADC間的一個(gè)電流信號,瞬時(shí)流量顯示為0~*大刻度流量間的一個(gè)流量值,累積動作將以與瞬時(shí)流量成正比的速度進(jìn)行累積。(圖1)
如上所述,設(shè)測速傳感器的加熱功率為P,測速傳感器與流體溫度的溫差為△T=Ts-Ta。根據(jù)L.V.KING定理,流體流經(jīng)加熱的測速傳感器時(shí)所帶走的熱量與對測速傳感器的加熱功率相對應(yīng),則P=△T×(A+B×ρv 1/2)。式中A、B為取決于速度傳感器和流體性質(zhì)的物理常數(shù)。因此,可以通過測量加熱功率P來測量帶走這部分熱量的流體的質(zhì)量流量。由于帶走這部分熱量的是流體的分子,所以測速傳感器直接測量的是流體的質(zhì)量流速ρV,只要再乘以管道截面積就可以得到流體的質(zhì)量流量。
產(chǎn)品: