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熱式流量計恒溫差原理與恒功率原理差異
發(fā)布時間：
2020-07-07
來源：
熱式質(zhì)量流量計‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐恒溫差原理與恒功率原理差異 基于熱式流量傳感器的基本想法是任何介質(zhì)的流動是吸收熱量的能力‐‐‐‐無論是空氣、 氣體或液體 ?，可以從熱傳遞或定義帶走的熱量來推斷。 ? 熱擴散原理： ? 目前利用熱擴散原理制造的流量計有兩種設(shè)計方法：一是：基于恒溫差技術(shù)；二是：基 于恒功率技術(shù)。它們都是基于共同的數(shù)據(jù)模型： ?P/△T=A+B（Q）N ? 其中：P‐‐‐耗散功率， △T‐‐‐兩個傳感器之間的溫差， ? ? Q‐‐‐質(zhì)量流量，N‐‐‐指數(shù)系數(shù)，A、B 是與氣體的熱性能有關(guān)的系數(shù)。 ? 對于某個確定的氣體，那么 N、A、B 都為一個與氣體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。因此，方 程式中只有 3 個變量： ? P （耗散功率）、△T（兩個傳感器之間的溫差）和 Q（質(zhì)量流量）。由此發(fā)展為恒溫差原理（CT） 和恒功率原理（CP）。 ?■恒功率技術(shù)：加熱功率 P 保持不變，溫度差△T 與流體的流量 Q 成指數(shù)函數(shù)遞減的關(guān)系（反 比關(guān)系）。 ?■恒溫差技術(shù)：二個傳感器的溫度差△T 保持不變，加熱功率 P 與流體的流量 Q 成指數(shù)函數(shù) 遞增的關(guān)系（正比關(guān)系） 。 ? ? 恒功率技術(shù)： 恒功率熱擴散技術(shù)采用兩只鉑熱電阻（RTD）作為基本的測量元件，RTD ?與傳感器探桿 采用全焊接方式連接。其中一只 RTD ?作為參考端，測量當前的介質(zhì)溫度；另一只 RTD ?上伴 有一只獨立的加熱器（加熱功率恒定），作為測量端。 ? 當傳感器置于無流量的介質(zhì)中時，由于加熱器的作用將在兩只 RTD ?間將形成一個溫度 差值（△T）。隨著介質(zhì)的流動，基于熱傳導原理，介質(zhì)分子將帶走測量端 RTD ?上的部分熱 量，而參考端 RTD ?的溫度將保持不變，因此兩只 RTD ?間的溫差將減小。溫差的變化與介質(zhì) 的流量及介質(zhì)本身的熱特性有關(guān)，較高的流速或密度較大的介質(zhì)將加快兩 RTD ?間溫差的變 化。兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系（溫度差和流量成反比關(guān)系） ?，通過線 性化電路將溫差的變化轉(zhuǎn)換成與流量相對應(yīng)的輸出信號 ? 恒溫差技術(shù)： 恒溫差熱擴散技術(shù)采用兩只高精度鉑電阻（RTD）作為基本的測量元件，RTD ?與傳感器 探桿采用全焊接方式連接。一個 RTD（參比端）測量工藝介質(zhì)溫度，另一個 RTD（測量端） 加熱到高于介質(zhì)溫度△T（溫度差恒定）。 ? 當傳感器置于無流量的介質(zhì)中時，由于加熱器的作用將在兩只 RTD ?間是一個恒定的溫 度差值（△T）。隨著介質(zhì)的流動，基于熱傳導原理，介質(zhì)分子將帶走測量端 RTD ?上的部分 熱量，則溫度會下降，而參比端 RTD ?的溫度將保持不變，為了維持一個恒定的溫度差，就 必須對測量端增加加熱電流（增加提供給加熱傳感器的功率）。這樣，加熱電流(提供給加熱 傳感器的功率)直接與流體的質(zhì)量流量大小成非線性關(guān)系（加熱功率和流量成正比關(guān)系），通 過線性化電路將溫差的變化轉(zhuǎn)換成與流量相對應(yīng)的輸出信號。?? 典型的輸出曲線 恒溫差所具有的主要技術(shù)特點：? 1、 響應(yīng)時間：? 恒溫差? ‐‐‐‐? 響應(yīng)時間為 1 秒，? 恒功率? ‐‐‐‐? 響應(yīng)時間一般要 30 秒以上? 重要性：? 在電廠流量控制應(yīng)用中，在 DCS 系統(tǒng)中，如果需要流量計投入到自動控制系統(tǒng)中，那 么，響應(yīng)時間是非常重要的，如果響應(yīng)時間太慢，難以滿足自動控制系統(tǒng)的要求，因此，很 難投入到自動控制系統(tǒng)中。 ? ? 2、 傳感器對流向的要求：? 恒溫差? ‐‐‐‐? 允許氣體流向在+/‐ 20 度的偏差范圍內(nèi)，對流量精確測量影響很小，所以對 氣體流向不苛刻。? 恒功率? ‐‐‐‐? 要求氣流流向?qū)Φ膫鞲衅?，否則會產(chǎn)生比較大的測量誤差，所以對氣體流 向比較苛刻。? 重要性：? 因為在大多數(shù)大管道的流量測量應(yīng)用中，如電廠一次風、二次風、煙道氣等流量測量， 由于管道很大，直管段相對來說很短，因此，在管道中存在彎頭、風門等，氣體流向并不是 與管道平行，流向會產(chǎn)生偏差。如果傳感器對氣體流向要求很苛刻的話，當氣體流向不滿足 要求時，會產(chǎn)生很大的測量誤差。? ?
熱式質(zhì)量流量計‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐恒溫差原理與恒功率原理差異
基于熱式流量傳感器的基本想法是任何介質(zhì)的流動是吸收熱量的能力‐‐‐‐無論是空氣、 氣體或液體 ，可以從熱傳遞或定義帶走的熱量來推斷。
熱擴散原理：
目前利用熱擴散原理制造的流量計有兩種設(shè)計方法：一是：基于恒溫差技術(shù)；二是：基 于恒功率技術(shù)。它們都是基于共同的數(shù)據(jù)模型：
P/△T=A+B（Q）N
其中：P‐‐‐耗散功率，
△T‐‐‐兩個傳感器之間的溫差，
Q‐‐‐質(zhì)量流量，N‐‐‐指數(shù)系數(shù)，A、B 是與氣體的熱性能有關(guān)的系數(shù)。
對于某個確定的氣體，那么 N、A、B 都為一個與氣體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。因此，方 程式中只有 3 個變量：
P （耗散功率）、△T（兩個傳感器之間的溫差）和 Q（質(zhì)量流量）。由此發(fā)展為恒溫差原理（CT） 和恒功率原理（CP）。 ■恒功率技術(shù)：加熱功率 P 保持不變，溫度差△T 與流體的流量 Q 成指數(shù)函數(shù)遞減的關(guān)系（反 比關(guān)系）。 ■恒溫差技術(shù)：二個傳感器的溫度差△T 保持不變，加熱功率 P 與流體的流量 Q 成指數(shù)函數(shù) 遞增的關(guān)系（正比關(guān)系） 。
恒功率技術(shù)：
恒功率熱擴散技術(shù)采用兩只鉑熱電阻（RTD）作為基本的測量元件，RTD 與傳感器探桿 采用全焊接方式連接。其中一只 RTD 作為參考端，測量當前的介質(zhì)溫度；另一只 RTD 上伴 有一只獨立的加熱器（加熱功率恒定），作為測量端。
當傳感器置于無流量的介質(zhì)中時，由于加熱器的作用將在兩只 RTD 間將形成一個溫度 差值（△T）。隨著介質(zhì)的流動，基于熱傳導原理，介質(zhì)分子將帶走測量端 RTD 上的部分熱 量，而參考端 RTD 的溫度將保持不變，因此兩只 RTD 間的溫差將減小。溫差的變化與介質(zhì) 的流量及介質(zhì)本身的熱特性有關(guān)，較高的流速或密度較大的介質(zhì)將加快兩 RTD 間溫差的變 化。兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系（溫度差和流量成反比關(guān)系） ，通過線 性化電路將溫差的變化轉(zhuǎn)換成與流量相對應(yīng)的輸出信號
恒溫差技術(shù)：
恒溫差熱擴散技術(shù)采用兩只高精度鉑電阻（RTD）作為基本的測量元件，RTD 與傳感器 探桿采用全焊接方式連接。一個 RTD（參比端）測量工藝介質(zhì)溫度，另一個 RTD（測量端） 加熱到高于介質(zhì)溫度△T（溫度差恒定）。
當傳感器置于無流量的介質(zhì)中時，由于加熱器的作用將在兩只 RTD 間是一個恒定的溫 度差值（△T）。隨著介質(zhì)的流動，基于熱傳導原理，介質(zhì)分子將帶走測量端 RTD 上的部分 熱量，則溫度會下降，而參比端 RTD 的溫度將保持不變，為了維持一個恒定的溫度差，就 必須對測量端增加加熱電流（增加提供給加熱傳感器的功率）。這樣，加熱電流(提供給加熱 傳感器的功率)直接與流體的質(zhì)量流量大小成非線性關(guān)系（加熱功率和流量成正比關(guān)系），通 過線性化電路將溫差的變化轉(zhuǎn)換成與流量相對應(yīng)的輸出信號。
典型的輸出曲線
1、 響應(yīng)時間：
恒溫差 ‐‐‐‐ 響應(yīng)時間為 1 秒，
恒功率 ‐‐‐‐ 響應(yīng)時間一般要 30 秒以上
重要性：
在電廠流量控制應(yīng)用中，在 DCS 系統(tǒng)中，如果需要流量計投入到自動控制系統(tǒng)中，那 么，響應(yīng)時間是非常重要的，如果響應(yīng)時間太慢，難以滿足自動控制系統(tǒng)的要求，因此，很 難投入到自動控制系統(tǒng)中。
2、 傳感器對流向的要求：
恒溫差 ‐‐‐‐ 允許氣體流向在+/‐ 20 度的偏差范圍內(nèi)，對流量精確測量影響很小，所以對 氣體流向不苛刻。
恒功率 ‐‐‐‐ 要求氣流流向?qū)Φ膫鞲衅?，否則會產(chǎn)生比較大的測量誤差，所以對氣體流 向比較苛刻。
重要性：
因為在大多數(shù)大管道的流量測量應(yīng)用中，如電廠一次風、二次風、煙道氣等流量測量， 由于管道很大，直管段相對來說很短，因此，在管道中存在彎頭、風門等，氣體流向并不是 與管道平行，流向會產(chǎn)生偏差。如果傳感器對氣體流向要求很苛刻的話，當氣體流向不滿足 要求時，會產(chǎn)生很大的測量誤差。
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