基于标记分子法的大管径气体流量的测量

　　1　引　　言

　　大管径气体流量的测量广泛应用在钢铁冶金,石油化工,煤炭焦化等诸多工业领域,目前,焦化厂所产煤气的流量测量多数是很粗略地依据用户使用量来估计;煤炭行业中矿井通风量的测量主要依靠风机的鼓风量大概间接的计算;化工行业中,蒸馏气体流量的测量对管径稍大一点的流量,往往只能根据经验值估计;高炉冶炼过程中,鼓风量的计量一直存在一对矛盾,人们希望提高高炉冶炼精度以提高产量,同时能够保持炉况的稳定以延长炉龄,因此如何能够根据高炉的综合炉况,精确计量鼓风量,是高炉控制系统闭环控制成功的关键问题。

　　目前,大管径流量的测量主要采用传统的孔板式流量计及其它压差式流量计,孔板式流量计由于对取压边缘的光滑性要求高而难以适用于煤气、化工气体等污染性较大的气体,尤其对于直径超过2m的管道,安装价格十分昂贵。其他压差式流量计,如托力巴,威力巴等新型多孔插入式压差流量计,必须解决小孔的堵塞问题,经常需要清洗;而对近来涌现的新型超声波气体流量计,虽然可以采用多探头的方式测量直径在6m以内的流量,但前提是管内压力必须大于6个大气压以上,同时,对管道的振动,开孔等都有严格的要求。鉴于在许多应用场合下,现有的气体流量检测仪表难以满足使用需求,根据现场的实际情况,结合冶金工业对高温含尘大管径实时测量的要求,本文提出了一种在恶劣环境下测量精度高、测量范围广、使用寿命长的新型气体流量计:标记分子法大管径气体流量计。

　　2　标记分子法流量计总体方案

　　通常标记分子法测量气体的流速方法:吹走离子法和吹入离子法。经对比分析,本设计采用了吹入式标记分子法。总体测量系统如图1。

　　该流量测量装置的基本工作原理是:被电离的离子团随同其它气体分子一起沿管道流动到传感器所在下游区域。下游传感器感受到微弱的电流信号,经过信号放大处理,可以计算出信号的传输时间。

　　该流速及流量测量系统的关键组成部分:

　　(1)前置放大滤波部分。

　　(2)计算机中央控制、运算和管理系统。

　　(3)步进电机和传感器部分。

　　2.1　微电流放大及信号处理

　　根据射线的强弱估算,收集极上所能得到的微电流信号大约为10-12A左右,频率为1Hz。对于如此微弱的电流信号,必须经过一系列的放大滤波处理得到足够幅度的电压信号,才能进行数字化处理。因此设计了pA级的微电流放大电路。

　　该电路分为3部分:电流/电压转换、微电压放大和滤波。电路设计示意如图2所示。