2023學(xué)年完整公開課版CGWC56熱式流量計02

高等職業(yè)教育數(shù)字化學(xué)習(xí)中心連鑄自動化崗位培訓(xùn)熱式流量計熱分布式TMF制造廠通常用空氣或氮?dú)庠诼愿哂诔旱氖覝毓r條件下標(biāo)定（校準(zhǔn)）。如實(shí)際使用工況有異或不用于同一氣體，均可通過各自條件下的比熱容或換算系數(shù)換算。1.同一氣體不同工況的流量換算

2.不同氣體間流量換算有些制造廠的使用說明書給出以空氣為基數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)F，可按換算。3.混合氣體的換算按進(jìn)行。其中轉(zhuǎn)換系數(shù)Fmix按下式合成：式中：V1，V2，…，Vn為各成份氣體體積的占有率；F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n為各成份氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)。TMF選用——流量值的換算幾種氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)F氣體名稱化學(xué)式摩爾定壓比熱容cpJ/(mol?K)轉(zhuǎn)換系數(shù)F按cp值計算若干制造廠提供范圍空氣29.111氨氣NH337.30.7810.77~0.79氬氣Ar20.91.391.39~1.43二氧化碳CO236.60.7950.73~0.80一氧化碳CO29.11.0021.00甲烷CH435.40.8230.69~0.90(續(xù))幾種氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)F氣體名稱化學(xué)式摩爾定壓比熱容cpJ/(mol?K)轉(zhuǎn)換系數(shù)F按cp值計算若干制造廠提供范圍乙烷C2H651.60.5650.48~0.56乙烯C2H442.20.690.56~0.69氦氣He20.91.391.37~1.43氫氣H228.61.0190.99~1.03氮?dú)釴229.11.0031.00~1.02氧氣O229.20.9990.97~1.00氣體用儀表，熱分布式必須是清潔氣體，不能有固相，浸入式則可允許有微粒，但均不得含有水汽。測量液體時如混入氣泡會產(chǎn)生測量誤差。由于大部分TMF要帶給流體一定的熱量，流體溫度會升高，如所測液體是低沸點(diǎn)液體，應(yīng)考慮液體氣化問題，必要時選用具有致冷元件的TMF。TMF選用——流體中含有異相和低沸點(diǎn)液體TMF的流量應(yīng)以單位時間內(nèi)流過的質(zhì)量來表示，但測量氣體時習(xí)慣上常以計算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位時間流過的體積表示，流速也以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位時間流過距離的長度表示。與其他流量計相比，TMF適用于低流速范圍，特別是小口徑分布式；帶測量短管浸入檢測桿式可選用上限（滿度）流速范圍較寬，上限范圍度（最大上限流量/最小上限流量）在10~30(TH1200型）和60~80(TH1300型）之間。插入式TMF的上限流速選擇范圍較寬，可在0.5~100m/s，但較多用于3~60m/s之間，視儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計而異。插入式TMF適用于低流速煙道氣測量。液體用TMF上限流量很小，國外現(xiàn)有產(chǎn)品上限流量范圍在10-1~102g/min數(shù)量級之間；流量范圍度在（10:1)~(50:1)之間。TMF選用——流體范圍、流速和范圍度熱分布式的基本誤差通常在±（2～2.5)%FS之間，具有中等測量精確度。國外設(shè)計優(yōu)良的產(chǎn)品則有較高精確度，基本誤差為±1%FS，重復(fù)性則在0.2%～0.5%FS之間，設(shè)計優(yōu)良的產(chǎn)品可達(dá)±2%R。插入式除儀表本身基本誤差外，還應(yīng)加上流速分布系數(shù)變化影響等。TMF選用——精確度和重復(fù)性在流量儀表中TMF的響應(yīng)時間是比較長的，時間常數(shù)一般為2~5s，響應(yīng)較快者為0.5s，有些型號長達(dá)數(shù)秒、十幾秒甚至幾十秒。應(yīng)用于控制系統(tǒng)不能選用響應(yīng)時間長的儀表。TMF選用——響應(yīng)性流體使用溫度一般為0~50℃，范圍較寬者為-10～120℃，應(yīng)用于窯爐或煙道的高溫高粉塵則可高達(dá)550℃。加熱熱源高于氣體數(shù)十度（K）。測量氣體時流體溫度變化，不像體積流量儀表那樣氣體體積變化改變所測的體積流量，并不影響質(zhì)量流量。然而，若溫度變化過大，比熱容的變化會導(dǎo)致量程變化。這種影響因氣體種類而異，如空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣等影響量不大；但有些氣體如甲烷壓力在0.1MPa，溫度從300K升高到400K定壓比熱容要增加11.1%，此外還有零點(diǎn)偏移影響。TMF選用——流體溫度、環(huán)境溫度和環(huán)境溫度影響量環(huán)境溫度適用范圍通常為(0～50)℃，較寬者為(-10～+80)℃。環(huán)境溫度激烈變化將影響經(jīng)外殼散失的熱量，導(dǎo)致測量值的變化，包括零點(diǎn)偏移和量程變化。環(huán)境溫度影響量一般為±(0.5～1.5)%/10K，但也有一些制造廠聲稱無環(huán)境濕度影響。TMF選用——流體溫度、環(huán)境溫度和環(huán)境溫度影響量氣體用儀表壓力損失很小，滿量程流量時熱分布式壓力損失均在10kPa以下，其中帶層流分流部件或無分流部件的小管型，如LDG-1DB，LDG-2DB型僅數(shù)十帕；浸入式亦僅數(shù)十帕。TMF選用——壓力損失熱分布式大部分熱分布式TMF的流量傳感器可任何姿勢（水平、垂直或傾斜）安裝。有些儀表只要安裝好后在工作條件壓力、溫度下作電氣零點(diǎn)調(diào)整。然而有些型號儀表對安裝姿勢具有敏感性，大部分制造廠會對安裝姿勢影響和安裝要求作出說明。例如：LDG-□DB系列為減少環(huán)境氣氛對流傳熱影響，只能水平安裝，水平度允差±2°。應(yīng)用于高壓氣體時流量傳感器則寧可選擇水平安裝，因為這樣便于做到調(diào)零的零偏置。TMF安裝使用——安裝姿勢（方向）浸入式大部分浸入式TMF性能不受安裝姿勢影響。然而在低流速測量時因受管道內(nèi)氣體對流的熱流影響，使安裝姿勢顯得重要。因此在低和非常低流速流動時要獲得精確測量，必須遵循制造廠依據(jù)儀表設(shè)計結(jié)構(gòu)而定的安裝建議。TMF安裝使用——安裝姿勢（方向）熱分布式此類儀表對上下游配管布置不敏感,通常認(rèn)為無上下游直管段要求。國際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO/DIS11451認(rèn)為：流量測量不受旋轉(zhuǎn)流和流速場剖面畸變影響。BS7405卻認(rèn)為：（1）上下游直管段長度可小至2D；（2）在進(jìn)口端置一金屬或塑料網(wǎng)，可有效地改善流速分布畸變，得到分布均勻的氣流；TMF安裝使用——前置直管段（3）要防止從小管徑突然擴(kuò)大進(jìn)入較大口徑儀表，要緩慢過渡。浸入式帶測量管的浸入式流量傳感器和插入式儀表需要一定長度前置直管段，ISO/DIS11451未作具體規(guī)定，而按照制造廠建議的值。

BS7405建議:對于在管道中用插入熱式流量計時，需要（8~10）D的上游直管段和（3~5）D的下游直管段。下表是Sierra公司對帶測量管浸入式TMF所規(guī)定的上游直管段長度；若在其進(jìn)口端裝一塊或兩塊多孔板式流動調(diào)整器（整流器）后，則其長度可大為縮短，如下表最右列所示。TMF安裝使用——前置直管段上游阻流件名上游直管段長度要求無流動調(diào)整器內(nèi)裝流動調(diào)整器控制閥≥45D≥3D90°彎管或T形接管≥15D≥1D漸擴(kuò)管≥（10-45）D≥3D漸縮管≥15D≥1D只有一組溫度檢測點(diǎn)的插入式儀表與帶測量管浸入式儀表的上游直管段長度要求相近，只相差檢測桿到測量管進(jìn)口端的距離；多組檢測點(diǎn)的檢測桿或多根檢測桿的TMF，直管段長度可縮短很多，通常制造廠會提供建議。TMF安裝使用——前置直管段儀表連接管道的振動連接TMF的管道在常見實(shí)際范圍內(nèi)的振動不會產(chǎn)生振動干擾，在正常情況下不影響儀表的測量性能。只有插入式TMF的檢測桿必須牢固地固定于管道，并避免裝在有振動的場所。脈動流的影響

TMF響應(yīng)時間長，不適應(yīng)脈動流流量測量。若要用作測脈動流流量，應(yīng)了解TMF響應(yīng)性，以保證能跟隨得上脈動的速度變化。脈動引起的測量誤差通常使儀表輸出偏高，其程度取決于脈動幅值和頻率。

TMF安裝使用——儀表連接管道的振動、脈沖流的影響儀征化纖給排水廠于1995年引進(jìn)了3套在線COD分析儀，分析儀采用氧氣吹掃脫除二氧化碳及利用臭氧氧化有機(jī)物的方式。氧氣及臭氧的定量控制通過5850i型質(zhì)量流量控制器來實(shí)現(xiàn)。該控制器由Rosemount的Brooks公司生產(chǎn)。TMF應(yīng)用舉例——5850i質(zhì)量流量控制器精密電源給加熱器提供持續(xù)的電流，加熱器置于測量導(dǎo)管的中間點(diǎn)。當(dāng)零流量時，上下游的溫度是相等的，即T1等于T2。當(dāng)有氣體通過測量導(dǎo)管時，導(dǎo)管上游溫度：

而在下游由于氣體吸收了熱量，則：T1與T2之間的溫度差與氣體的質(zhì)量流量成正比。下降T2>T15850i質(zhì)量流量控制器T1與T2之間的溫度差與氣體質(zhì)量流量的關(guān)系：ΔT=APCPqm式中ΔT=T2-T1（K）

CP——在一定壓力下氣體的比熱，kJ/(kg?K)；P——加熱器功率，kJ/s;

qm——質(zhì)量流量，kg/s;A——儀表常數(shù)，S2K2/（kJ)2

測量導(dǎo)管內(nèi)氣體的質(zhì)量流量為：在右圖中可以看出并不是所有的氣體都進(jìn)入到測量導(dǎo)管，而是其中的一小部分進(jìn)入測量導(dǎo)管。為了保證測量準(zhǔn)確，在控制器的流體腔內(nèi)設(shè)置了一個分流閥，該分流閥的作用與電流計中的分流電阻類似，確保實(shí)際流量與測量導(dǎo)管內(nèi)的流量有著如下的關(guān)系：K為比率常數(shù)。只要做到導(dǎo)管內(nèi)壓力差與流量成線性關(guān)系，分流閥內(nèi)壓力差與流量成線性關(guān)系，并且這兩種的線性關(guān)系相同，就能做到K為常數(shù)，在流量控制器測量的整個流量范圍，該常數(shù)都保持恒定?？筛鶕?jù)流量大小選擇合適的分流閥。實(shí)際的質(zhì)量流量為：橋式電路和差分放大器將溫差信號轉(zhuǎn)換成0~5VDC線性電壓信號，該信號與氣體的質(zhì)量流量成正比?？刂齐娐犯兄髁總鞲衅鬏敵鲂盘柡腿魏巫兓?，比較放大器比較流量實(shí)測信號與設(shè)定流量值之間的差異，并將偏差放大驅(qū)動電磁閥，實(shí)現(xiàn)流量的增大或減小。5850i質(zhì)量控制器原理1.外形尺寸適用于分析儀器外形尺寸為76.2mm×138mm×38.1mm，而且有多種配管連接方式，簡單適用，適合在線分析儀器的使用。2.測量范圍大（標(biāo)準(zhǔn)狀況下3~30ml/min)

一般的熱式質(zhì)量流量計是讓所有的氣體都從測量導(dǎo)管流過，需要測量較大流量時，必然要造成測量導(dǎo)管過大，