热导式流量计的应用浅析
发布时间：2017-09-01
流动和热量的移动以及流动的流体和固体间的热量交换存在着密切的关系，可以利用这种关系来测量流体的流量和流速。这种应用热能来测量流量的方法，早在20世纪70年代就已经开始了。但是热导式流量计的应用开发，还是近几年的事情，目前国内应用还不很广泛。最近，我厂引进了美国Intek公司的热导式流量计应用于焦炉煤气的流量检测，经过一段时间的摸索体会，现对其作一简略的浅析。
1测量原理
热导式流量计的测量方法，是依据发热元件耗散热量与流速的关系而实现的。其方法是将置于流体中的很细的金属丝，通以电流加热，由于流体的流动将迫使热丝冷却，并且被冷却的程度是随流速而变化的。因此，通过测量热丝电阻值的变化可以求出流速和流量。
根据物体与流体间的热传导关系，可得出热丝耗散热量Qt与流速v之间的关系为:
在上式中，已将流速测量变为电参数的测量，如果热丝的温度保持不变，则电阻R为常数，此时电流为流速的函数。
2构成
热导式流量计目前的品种较多，我厂现应用的是插人式热导式流量计。其组成是由一个变送器和一套电子装置构成，电子装置用于信号处理，通过防爆壳体组装在变送器上，其变送器的插入部分是由2个热传感器组成，其中一个与流体形成热平衡并提供一流体的温度基准，而另一个热传感器为功率恒定的热加热器，其温度T稍高于流体温度，流体静止时温度最高，随着流体流速的增加，流体带走了热量，温度下降，测得温度差为△T=T-T0。由于流体从传感器上所带走的热量与流体速度相关，因此，测得的基准传感器与加热传感器之间的温度差，即为所测流体速率的函数。电子装置实际是一个CPU电路，其中电流控制电路对所测温度差进行放大和转换，其信号再通过演算电路进行演算、放大、转换，最后产生4一20mA的直流流量信号输出，如图1。
3特点
(1)可测量低、中、高流速的流体，使用范围较宽，量程比大于10：1.
(2)无运动部件、没有易磨损、卡滞、破裂、易疲劳的旋转、移动、摇动或振动的部件，可靠性加强。
(3)防潮湿、耐腐蚀、抗振性能好。
(4)压损很小，可带压安装，不需中断流体。
(5)通过红、绿双色LED，可调节设定点。
(6)可选择时间反应强化特征。
(7)流量、压力可达34.。5MPa。
4缺点
(1)对被测气体组分变化较大的场所，由于CP,值的热导率的变化，测量值会有较大变化而产生误差。
(2)不宜应用于粘性液体的场合。
(3)对脉动流在使用上将受到限制。
(4)响应时间较长，约4一12s.
5使用要领
(I)安装时注意流体方向和变送器标示方向的一致性。这对检测的准确性极为重要，两个探针(传感器)应并列迎接流体。
(2)一般推荐安装直管段的要求为上流20倍管道直径，下流为10倍管道直径，对现场环境条件限制的场合，可适当放宽，但一般不应低于前10d后5d。
(3)传感器的插入深度应将端部延伸至管道中心线以下5一25mm处。
(4)安装方式可垂直、水平或斜插，但方向应在与管道方向的垂直平面内。
(5)电子装置的进线口应注意密封，防止潮湿进人，内部电子元件的环境温度以不超过60℃为宜。
(6)传感器探针在安装、搬运过程中应更加注意，不要碰伤损坏或弯曲变形。
6应用分析
焦炉煤气是一种组分含量比较复杂的混合气体，它的基本组成为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，因而热导式流量计能否适应于焦炉煤气的测量，有待实践的验证。从理论公式Q1可以知道，影响流量准确度的参数很多，其中气体密度 ρ与定压比热Cp是随着混合气体的组成变化而变化的。而实际上，随着操作温度、压力的变化，混合气体很难让 ρ与Cp保持绝对的稳定，它们会在一定范围内波动，从而使所测得的流量偏离实际值。
另一方面，由于煤气净化工艺的质量，煤气中或多或少地仍带有少量焦油雾，这些焦油雾会附着于热传感器的表面形成一层保护膜，从而使热丝被冷却的程度降低，最终影响到被测流量的准确度。
从以上两方面的分析，热导式流量计在焦炉煤气中的测量，其测量值可能会偏离实际值，这就需要对测量值加以修正，其修正系数应根据理论和实测来确定。
7应用效果
其检测性能基本上能满足工艺要求。与其它流量计相比，相对维护量较少，无需特别的维护或调校。无差压式测量的泄漏或堵塞所造成的麻烦。安装、拆卸方便，无需中断流体或停产，特别适宜于连续生产的场合。
8有关标准和检定规程的说明
当前，热导式流量计尚无国际计量规程。国际标准方面仅有正在制订的应用方面标准草案ISO/DIS145110该标准草案规定仪表规范的内容和选用原则，提出标准和安装要求等。国内尚无国家标准或行业标准，已有国家计量检定规程”6897一95《质量流量计检定规程》，但内容比较简略，可供参考。
摘自：中国计量测控网
