热式气体质量流量计的工作原理

热式气体质量流量计-360百科

热式气体质量流量计是利用热扩散和热分布的原理，利用气体带走热量的多少来计算流量。其测量结果受温度、压力变化影响较小，量程比可达到30∶1，安装方式为插入式，基本没有压力损失，适用于测量介质组分比较稳定的干燥气体的流量。

1、工作原理：

大流量：热扩散原理，利用气体带走多少热量决定流量；

小流量：热分布原理；

2、系统组成：简单无活动部件、常温一体化、高温分体式；

3、适用测量介质：干燥气体，介质组分稳定；

4、系统误差：± 1% 质量流量精度；

5、系统智能化：多项参数修改，智能化；

6、检定：工厂标定数据储存在仪表里，可以现场检定仪表性能，结果可溯源；

7、量程比：大量程比，保证精度的前提下30∶1；

8、流量结果：质量流量，温度、压力变化影响小；

9、温压补偿：不需要；

10、安装：

小口径： 管道式；

大口径：插入式；

安装简单快捷：不需要保温\导压管路，前后； 直管段：3D/5D；

安装成本低：在管道 360范围内任何角度都可以安装；

11、维护：属于免维护型，如需维护，可以实现在线不停产插拔维护；

12、工厂标定：密闭环路模拟实际工况标定每一台都要实际标定；

13、响应时间：1s；

14、压力损失：插入式基本没有压力损失；

15、系统重复性：重复性较好；

16、温度对测量系统精度的影响：

在±25℃范围内，±0.04 %FS；

在±25～50℃范围内，±0.06 %FS；

17、压力对测量系统精度的影响：压力变化0.006895MPa，精度影响0.02% FS；

18、系统造价：性价比非常高，小口径相对价格高，大口径比孔板产品还便宜。

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热式气体质量流量计的工作原理

本文主要介绍热式气体质量流量计的工作原理，安装技术规范、调试方法以及应用注意事项和ST98A流量计在滨化热力公司锅炉中的应用及常见故障处理方法。

3、质量流量计插入深度等于管内径的1/2＋12.7＋管厚。 4、接线

1）、出于安全因素的考虑，ST98特别要求220V AC电源采用三线制，其中一根接地线必须连接到流量变送器接线端子排的接地终端。

2）、因传统4～20mA的I/O产品对变频驱动设备等产生的高频噪声干扰较为敏感，且现场的电气高频噪声污染较为严重。避免仪表信号传输回路遭受干扰，对输出信号电缆采用屏蔽电缆，且屏蔽层在靠近变送器一端接地，DCS机柜一端包裹保护起来。

5、现场传感器部分按照图三、四联接

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五、调试

使用ST98流量变送器提供的RJ－12通讯串口与FCI的FC88通讯器进行链接通讯。

第一、将风机负荷调节至40％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值。然后将传感器分别移至B和C点记录数据。

第二、将风机负荷调节至60％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值，然后将传感器分别移至B和C点记录数据。

第三、将风机负荷调节至80％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值。然后将传感器分别移至B和C点记录数据。把3个不同负荷下的9个数据相加除9，既为不同负荷下瞬时流量值。

电子科技大学

硕士学位论文

热式气体质量流量计的研制

姓名：陆川

申请学位级别：硕士

专业：检测技术与自动化装置

指导教师：赵辉

20100501摘要

摘要

热式气体质量流量计（ＴｈｅｒｍａｌＭａｓｓＦｌｏｗｍｅｔｅｒ）基于对流换热的原理测量气体

流量，起源于６０年代末期。随着微电子技术的发展，测量手段和补偿方法得到了

很大的提高。热式气体质量流量计具有可测微小流量、稳定性和可靠性高、压力

损失极小、量程比高、安装方便、重复性好、造价合理等特点，广泛应用于半导体工业领域中气体流量的测量，如空气、天然气、煤气、汽车尾气、医疗事业中的氧气和麻痹剂、采暖通风的测量，以及混合气体的测量。

本课题设计了一种具有自动温度补偿能力的热式气体质量流量计。在确定设

计方案之前对国内外的学术文献和研究成果进行了大量的调研和分析，力求在结构简单、成本合理的基础下，尽量提高流量计的精确度和可靠性。

设计初期本文对热式质量流量计的测量原理进行了详细的介绍和分类，在此

基础上按照采样电路将设计方案分为恒流测量法和恒温测量法两类。通过分别建立物理模型、对比仿真数据和曲线姿态，确立了本课题的设计方案，并在此基础

上提出了新型的温度补偿电路。为提高测量的可靠性，本课题采用了多点式分布的测量方法。

硬件设计方面以ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０单片机为核心，采用模块化设计的思想，将设计方案分为采样模块、运算显示模块以及通信模块。采样模块与测量端相连，

将所测的流量变化转换为电压信号，并通过信号调整和高精度的采样得到输入信号；运算模块通过对输入信号的分析和运算得到瞬时流速和累计流量，并通过带

有键盘和ＬＣＤ的人机对话界面进行在线显示；通信模块主要负责将所测流量转换为模拟量和上位机通信。软件设计包括ＡＤ转换、流量计算、主从机通信程序等。

和硬件部分一样采用模块化的设计，以便于系统的维护和升级。

本课题最后设计了实验平台对样机的性能进行了测试，检验了设计的灵敏度和精确度，以及自动温度补偿的可靠性。并通过对试验数据进行了分析和曲线拟

1. 电磁流量计的工作原理

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电

介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有

导电介质流过时，则会产生感应电压（工作原理如下图所示）。管道内部的两个电极测

量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量

电极的电磁隔离。

电磁流量计工作原理图

2.涡街流量计工作原理 在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如右图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：

f=Stv/d 式中:f为旋涡的释放频率，Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，m/s；d为旋涡发生体特征宽度，m；St为斯特罗哈数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27。

St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。

当雷诺数Re在102~105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102~105，旋涡频率f=0.2v/d。

由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。

3金属转子流量计工作原理

当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力(这个力的大小随流量大小而变化)；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。 当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时(称为显示重量)，转子受力处于平衡状态而停留在某一高度，在转子中心装有一根导向芯棒，以保持转子在锥形管的中心线作上下运动，另一种是在转子圆盘边缘开有一道道斜槽，当流体自下而上流过转子时，一面绕过转子，同时又穿过斜槽产生一反推力，使转子绕中心线不停地旋转，就可保持转子在工作时不致碰到管壁