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熱式質(zhì)量流量計(jì)在大口徑通風(fēng)管道流量測量中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2022-07-30 08:54:12

當(dāng)前大口徑通風(fēng)管道的流量測量主要是從能效、儀表安裝及維護(hù)等方面進(jìn)行充分考慮,保證測量能夠滿足廠房運(yùn)行要求。按結(jié)構(gòu),應(yīng)用最為廣泛的是插入式流量儀表和非接觸流量儀表,該類儀表可以最大程度減小管道壓力損失、節(jié)省資源,方便后期設(shè)備維護(hù)。筆者主要探討熱式質(zhì)量流量計(jì)在大口徑通風(fēng)管道流量測量中的應(yīng)用,內(nèi)容主要在儀表結(jié)構(gòu)與原理分析、儀表技術(shù)發(fā)展及通風(fēng)流量應(yīng)用分析等方面。

1、熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理分析

熱式質(zhì)量流量計(jì)(Thermal Mass Flow,TMF)是一種基于熱傳遞原理實(shí)現(xiàn)管道流量測量的儀表,其理論基礎(chǔ)源于金氏定律,目前應(yīng)用最廣泛的是恒功率法和恒溫差法兩類儀表。金氏定律的工作原理是將兩個(gè)溫度傳感器置于管道流體中,其中一個(gè)傳感器用于檢測流體溫度T1,另一個(gè)傳感器經(jīng)一定功率的電加熱,使其溫度T2高于T1,隨著管道流體流動不斷帶走熱量,溫度T2降低,即可根據(jù)溫差求出管道的流量。

2、技術(shù)發(fā)展及通風(fēng)流量應(yīng)用分析

20世紀(jì)初,美國人托馬斯設(shè)計(jì)了一種用于氣體介質(zhì)的插入式流量測量儀表,非常適用于大流量的測量,這種流量計(jì)直接將加熱線圈和測溫電阻接觸被測氣體,因而不可避免地帶來腐蝕、磨損及防爆等一系列問題。到了20世紀(jì)50年代,開發(fā)出克服了托馬斯流量計(jì)缺陷的邊界層流量計(jì),但流量測量結(jié)果容易受流體物性參數(shù)(如熱導(dǎo)率等)的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,對工業(yè)生產(chǎn)所用的大口徑氣體流量的檢測需求越來越迫切。1992年,庫爾茲改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種新結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量計(jì),一經(jīng)問世便得到了迅速的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的大口徑氣體管路流量測量,尤其是在通風(fēng)管道領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。

我國對熱式質(zhì)量流量計(jì)的研究主要在2000年以后,礦冶研究院、中國科學(xué)院及華中科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)與高校都在進(jìn)行熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的研究,并取得了一定的成果,經(jīng)過近20年的研究和發(fā)展,國內(nèi)的熱式質(zhì)量儀表的技術(shù)研究也有了快速的發(fā)展。國內(nèi)熱式質(zhì)量流量計(jì)的市場應(yīng)用中,國外產(chǎn)品占有率仍然較高,目前國內(nèi)只有為數(shù)不多的一些廠商在進(jìn)行生產(chǎn),國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率較低。

熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用的最大特點(diǎn)是精度高、量程比大、結(jié)構(gòu)簡單、壓損小、便于安裝維護(hù)、故障率低、準(zhǔn)確性和重復(fù)性好,不受溫度和壓力影響,但儀表檢測的響應(yīng)速度相對較慢。在大口徑通風(fēng)管道中應(yīng)用時(shí),所測結(jié)果會受流場不規(guī)則流速分布的影響,需要對儀表檢測方案進(jìn)行調(diào)整,如采用多點(diǎn)熱式儀表、增加檢測儀表數(shù)量等,以提高這類儀表在大口徑通風(fēng)管道不規(guī)則流場應(yīng)用的檢測精度。當(dāng)前國內(nèi)外在熱式質(zhì)量流量計(jì)領(lǐng)域的研究方向主要集中在以下方面:

a. 改進(jìn)熱式質(zhì)量流量計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu),達(dá)到提升測量精度并增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)度的目的;

b. 研究信號的處理方法,如采取補(bǔ)償算法或者使用不同器件處理輸出信號;

c. 改進(jìn)開發(fā)多點(diǎn)熱式質(zhì)量流量計(jì),以更加適應(yīng)大口徑管道氣體流量的測量。

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