热式质量流量计在多通道管路系统中的应用

　　0　引　言

　　由于流量是一个动态量,流量测量又是一项复杂的技术。为准确计量流量,必须研究不同流体在不同条件下的流量测量方法,并提供相应的测量设备。目前,对于气体流量的流量计量设备主要有:利用差压原理测量的孔板流量计和V-Cone流量计;利用涡街和超声波原理设计的超声波涡街流量计;利用传热学原理设计的热式流量计[1~3]等。

　　本研究要对一复杂环控系统的空气流量进行测量,由1路供气, 192路排气管支路组成。总路供气流量为5 760 kg/h,支路排气流量仅为30 kg/h,总路和每一支路的流量误差均要求控制在5 %以内。流量越小,误差越难保证,为此,应该尽可能地保证测量精度。由于风道数量太多,风道截面积较小,为准确并同时测量各风道出口流量,专门设计了一种专用的热式质量流量计,该传感器测量部位较小,最大限度地减小了安装传感器后对风道流动性能和系统流量分配结果的影响。并且能达到同时测量的目的,很好地满足了客户的要求。

　　1　热式质量流量计的工作原理[3]

　　1.1　工作原理

　　当前,常用的热式流量计有恒功率、恒电阻、恒温差几种形式,针对多通道管路系统的特点,本文作者设计了一种恒电压式热式质量流量计,如图1。其测量探头中有2个温度检测元件(铂电阻):Pt1和

,其中,Pt1用于测量流体介质本身的温度t1,其信号采集用ADAM4015模块获得电阻信号。

输入恒定电压

后产生一定发热量,当流体以一定速度流过时,会带走部分热量,被带走热量的大小与

感受到的温度值相关。因此,

可用于测量被流体介质带走热量后的加热源表面的温度t2

　　由于

(信号由ADAM4017模块获得)-

之间存在一一对应的关系,由此可得到

测量的温度值。其中,

计算公式为

　　由于流量的变化会直接影响到发热量的散热程度,进而影响到Pt1和Pt2这2个测温元件之间温差的大小。当流过特定空间的流体流量为0时,Pt1和Pt2之间的温差最大,随着流量的增加,加热源被带走的热量增加,Pt2所测温度降低,与Pt1测量的温度之间的温差减小。

　　稳态时,发热量和散热量相等,可计算获得。由上述对应关系,2个温度检测元件之间的温差与流过特定空间的质量流量之间也是一一对应的关系。它们之间存在拟合公式

　　

　　1.2　热式流量计的标定[4]

　　对于同一个感应头Pt2,不同的测点位置及风道面积所对应的温差都可能不相同,只有在同样风道,相同测点处经过标定过后的热式流量计才能用于流量测量。其标定原理见图2,采用经计量过的孔板流量计进行标定。