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两种热式质量极速飞艇计划变乱原理相比

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两种热式质量极速飞艇计划变乱原理相比

公布日期:2017-07-03 作者: 点击:

      极速飞艇计划是财富丈量中告急的仪表之一。随着财富斲丧的生长,对流量丈量的准确度和范围的要求越来越高,流量丈量技术日月牙异。为了顺应种种用途,种种模范的极速飞艇计划相继问世。如今已投入运用的极速飞艇计划已超越跨过100种,而热式气体质量极速飞艇计划便是这此中运用相比普及的一种。热式质量极速飞艇计划可分为:恒温差法(功率斲丧丈量法)极速飞艇计划和恒功率法(温度丈量法)极速飞艇计划。从热式气体质量极速飞艇计划的生长汗青来看,恒温差式极速飞艇计划更先运用于实际财富的介质丈量,这是由于恒温差式完成起来比恒功率式越发容易,以是从如今斲懊丧体质量极速飞艇计划的厂家来看,采取恒温差原理的厂家更多一些,有Kurx、Sirren、Brooks等。但是随着斲丧要求的不绝提高,恒温差式极速飞艇计划曾经很难餍足一些格外斲丧的需要,这就使恒功率式极速飞艇计划成为重点的研讨方向。

    1 恒温差法

    原理:恒温差法(功率斲丧丈量法)是加热元件的温度高于气体的温度,气体流过时带走一局部热量,对峙加热元件和被测气体温度差恒定在一定的温差,控制和丈量热源提供的功率,功率斲丧随流量的增长而增长,由功率的斲丧应声气体流量。

    在丈量管路中参与两只金属铂电阻,一个铂电阻参与较小的电流(电流在4mA以下,不会惹起电阻发热),用于丈量被测流体温度,称为测温电阻。另一个铂电阻通入较大电流(电流一样伟大在50mA以上),用于丈量被测流体的速率,称为测速电阻。依据热疏散原理,加热物体被流体带走的热量与加热物体与流体的温差、流体的流速以及流体的性子有关。变乱时测温电阻不绝检测介质温度,测速电阻自加热到一个高于流体的恒定温度,流体活动时,由于散热测速电阻外貌温度飞扬,测速电阻阻值发生改造,惠斯通电桥不平衡。颠末由惠斯通电桥构成的反响电路把温差反响四处置处分器来增大加热器的电流(也可以是电压)来对峙其温差为恒定。

    流体的流量与参与的电流(电压)成比例干系:流体的流量越大,为维持恒定温度差所参与的电流(电压)越大。以是可以颠末实行标定出加热电流(电压)和质量流量的干系,就可以颠末电流(电压)来谋略出流体质量流量。

    恒温差式气体质量极速飞艇计划存在标题:随着介质流量的增长,测速铂热电阻的热量被机动带走,恒温差式极速飞艇计划要求对测速铂热电阻加热的能量快速加大才气包管恒定的温差。但是由于能量的增大遭到电路自身功率的影响以及测速铂热电阻最大允许电流的影响,其最大可丈量流量遭到限定。

    2 恒功率法

    恒功率法(温度丈量法)因此恒定功率为铂热电阻提供热量,使其加热到高于气体的温度,流体活动带走铂热电阻外貌一局部热量,流量越大,温度降越大,丈量随流体流质改造的温度,可以应声气体流量。有以下两种完成要领:

    (1)只对一只铂电阻加热,由热疏散原理丈量温差。

    原理:与恒温差式极速飞艇计划的布局类似,在丈量管路中异常参与两个金属铂电阻,一个为用于丈量被测流体温度的测温电阻,另一个为用于丈量被测流体速率的测速电阻。在加热器上加上一个恒定的功率对测速铂电阻加热,流体在活动时测速铂电阻和测温铂电阻外貌温度差ΔT21=TS2-TS1最大,随着介质的活动,两个铂电阻外貌温度差减小。流体的流量越大,两只铂电阻的温差越小。铂电阻衔接在惠斯通电桥中,铂电阻的温度差异使铂电阻的电阻出现差异阻值,从而使电桥不平衡,颠末检测电桥的电压差来应声流体流量。

    该恒功率式质量极速飞艇计划存在的标题:若流体的密度为ρ,流速为μ,加热铂电阻被流体带走的热量为Q,测温铂电阻和测速铂电阻的温度差为△T21,则有干系式:

    Q/ΔT21=k1+k2•(ρ•μ)k3

    式中敷衍组分一定的流体,k1、k2、k3为常数。

    在横截当S的管路中,质量流量qm=ρ•μ•S。丈量进程中,测速铂电阻被电流I加热,在热平衡外形下,电流的加热功率与测速铂电阻被带走的热量处于平衡外形,即Q=I2•RS2。因此质量流量qm与Q/ΔT21成逐一对应的干系,可表现为:

    qm=f〔I2•RS2/ΔT21〕

    当加热电流I坚定,颠末测出流体的温差ΔT21谋略流体的质量流量时,敷衍了测速铂电阻RS2随温度的改造,会构成方向。

    (2)对两只对称的铂电阻举行加热,由热平衡原理谋略温度差。

    传感器的布局是把两个完全类似的铂电阻对称的壮着实热源的两侧,陈设在流体中。采取一个恒流源(恒压源)对热源加热,流体活动使两个铂电阻的温度差异。铂电阻衔接在惠斯通电桥中,铂电阻的温度差异使铂电阻的电阻出现差异阻值,从而使电桥不平衡,颠末检测电桥的电压来应声流体流量。

    现从传热学角度对该传感器原理作进一步的阐发。假定流体为匀称散布的牛顿型流体,以一维丈量为例:如图1所示,热源R置于传感器基片的中心,在其两边对称地陈设两个完全类似的温度检测芯片(薄膜式铂电阻)S1和S2传感器与流体之间的热互换紧张颠末对流举行,热源与温度检测芯片之间的热互换可颠末传导和对流举行。

    当流体流速为零,即当流体处于活动外形时,外貌相近的流线场及紧张由此孕育发生的温度场相敷衍热源呈对称散布。由于布局上的对称性,颠末基片热传导举行的热互换相敷衍热源不停是对称的。此时感温芯片的铂电阻温度餍足TS1=TS2,即温差:ΔT21=TS2-TS1=0。

    当流体活动时,流体和铂电阻之间紧张为对流换热,由于局部对流换热系数的差异,基片外貌相近的流线场及相应的温度场相敷衍中心热源的散布发生改造,招致倾向性的差异错误称散布。依据热边界层实践,可知,此时卑劣温度检测芯片外貌冷却速率高于卑劣芯片外貌,即铂电阻S1的换热系数大于S2是换热系数,以是TS2>TS1,温差温度差:ΔT21=TS2-TS1>0。

    且ΔT21的值随流体流速的增大而增大。要是革新流体流向,ΔT21亦相应革新标志。

    运用热平衡方程可以谋略出因对流惹起的芯片外貌的温度再散布,失失温度差与流速的干系式。

    3 两种方案的相比和选择

    恒温差原理的气体质量极速飞艇计划的最大益处是比恒功率式气体质量极速飞艇计划相应的时间快。由于恒功率式丈量值从实际温度改造失失,丈量管质量和检测元件质量的热惯性会飞扬相应速率;恒温差式的温度散布没有改造,不受检测元件等质量热惯性影响。

    敷衍恒功率式气体质量极速飞艇计划,它采取一个恒定的功率对铂电阻加热,较之恒温差式气体质量极速飞艇计划有如下益处:

    (1)恒功率式极速飞艇计划的最大可丈量流量较大,随着介质流量的增长,被加热的铂热电阻的热量被机动带走。敷衍恒温差式极速飞艇计划,它要求对被加热电阻的能量快速加大才气包管恒定的温差。但是由于能量的增大遭到电路自身功率的影响以及被加热的铂电阻最大允许电流的影响,其最大值遭到限定。而恒功率型的流量丈量容易完成,通常恒功率原理的极速飞艇计划对气氛的最大可丈量速率为488m/s,而恒温差原理的极速飞艇计划最大可测速率只能抵达38m/s。

    (2)恒功率极速飞艇计划不容易遭到脏湿介质的影响。恒温差极速飞艇计划为了使其对温度快速相应和对峙恒定的温差,一样伟大铂电阻均做得相比细,而恒功率极速飞艇计划却可以做得粗(各斲丧厂不一样尺寸也不一样)。多么敷衍脏湿介质丈量时,脏湿物质对铂电阻约莫孕育发生临时的附着物(任何斲丧厂都对铂电阻采取了抛光处置处分,暂时附着物的孕育发生是不大容易的)。敷衍较细的铂电阻,其附着物对加热铂电阻的散热会孕育发生较大的影响,告急时使其丈量精度大大飞扬。恒功率对脏湿介质的丈量会好很多。

    (3)恒温差式极速飞艇计划差异错误温度的改造举行补偿,恒功率极速飞艇计划却能对温度改造的全范围内举行自动补偿。众所周知,热流量寂静衡常数是受温度的改造而改造的,一样伟大而言只在30℃的范围内为常数,当丈量的气体温度范围超越跨过这一数值时,气体的热流量系数寂静衡常数均会发生改造。受电路设计的影响,如今市场上全部的恒温差极速飞艇计划均没有对温度举行补偿,而FCI公司采取恒功率要领的极速飞艇计划均能对全温度改造范围内的热流量系数寂静衡常数举行自动补偿。而介质的温度改造范围受气候或别的缘故缘故原因的影响是很难对峙恒定的。

    (4)恒功率与恒温差在耐高温方面有着明白的差异。如今而言,恒功率的最高耐温可以做到454℃,而恒温差的极速飞艇计划一样伟大都在260℃以内,这敷衍丈量过热蒸汽而言,其顺应性有很大的差异。

    4 结语

    从上述几个方面的相比可看出,恒功率热式气体质量计比恒温差热式气体质量极速飞艇计划有着明白的精良性。在实际斲丧中,恒温差式相应速率快,容易完成,以是如今大少数产品均采取该原理。但恒功率式质量极速飞艇计划与之相比,有着十分明白的下风,曾经成为人们进一步研讨和生长方向。

    参考文献

    [1] 杨辉华,简便.热式质量极速飞艇计划特性曲线及其拟合要领的研讨[J].华工自动化仪表,1996,23(6).

    [2] 罗晶,陈平.热式质量极速飞艇计划丈量电路设计[J].仪器技术与传感器,2004,(10).

    [3] 赵梦恋,吴晓波,严晓浪.一种基于温差丈量原理变乱的集成型流量传感器[J].传感器技术,2004,(1).


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