插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)

插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)是基于熱擴(kuò)散原理的流量?jī)x表，即是利用流體流過發(fā)熱物體時(shí)，發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關(guān)系，具體來說，插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)的傳感器有兩只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的RTD，一只用來做熱源，一只用來測(cè)量流體溫度，流體流過時(shí)，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系，該儀表就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測(cè)量流量信號(hào)的線性輸出。

產(chǎn)品特點(diǎn)：
?高性能智能微處理器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；
?寬量程比100：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
?直接測(cè)量質(zhì)量流量，無須溫壓補(bǔ)償；
?低流速測(cè)量非常靈敏；
?設(shè)計(jì)、選型方便，安裝、使用簡(jiǎn)便；
?適合各類單一或混合氣體流量測(cè)量。
技術(shù)參數(shù)：

流量積算儀(分體式選配）：
環(huán)境溫度：－30℃～＋60℃
輸出信號(hào)：4～20mA線性（流量）
顯示位數(shù)：瞬時(shí)流量4位，累計(jì)流量12位

流量（速）范圍：

注１：以上流量（速）范圍是對(duì)空氣而言，對(duì)其它氣體有所變化。
注２：以上流量（速）的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為20℃，101325Pa。

插入式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用：

文章介紹了污水處理過程活性污泥法中曝氣流量的測(cè)量，著重論述熱式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理、特點(diǎn)、及實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題和解決辦法。活性污泥法是一種污水生物處理技術(shù)：將初次沉淀、調(diào)均等預(yù)處理后的污水送入曝氣池，由鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣通過池子底部的氣體擴(kuò)散裝置對(duì)活性污泥和污水的混合液曝氣，使活性污泥得到充足的氧氣，并處于劇烈的攪動(dòng)的懸浮狀態(tài)。在氣泡從池底上升到液面的過程中，氧氣被好氧微生物吸收，污水中的可溶性有機(jī)污染物被活性污泥吸附和絮凝，繼而被好氧微生物群攝取代謝并分解為無機(jī)物，*終使廢水凈化。通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液中的溶解氧量直接決定著污泥的活性。溶解氧過低，好氧微生物的代謝活動(dòng)會(huì)下降，活性污泥發(fā)黑發(fā)臭，影響出水水質(zhì)；濃度過高，活性污泥中的微生物會(huì)進(jìn)入自身氧化階段，同時(shí)也會(huì)額外增加電力消耗?？刂迫芙庋醯年P(guān)鍵是進(jìn)入曝氣池氧氣的質(zhì)量流量，也就是空氣的質(zhì)量流量，所以像傳統(tǒng)的孔板、文丘里、噴嘴、渦街、巴類和旋進(jìn)漩渦等只是測(cè)量管道內(nèi)氣體流速的氣體流量計(jì)均需溫度壓力補(bǔ)償，*后才得到氣體的質(zhì)量流量。為更好地實(shí)現(xiàn)曝氣流量的自控，以及節(jié)能方面考慮，我們采用了熱式流量計(jì)直接測(cè)量曝氣的質(zhì)量流量，并取得了很好的效果。本文闡述了蘇州華陸儀器儀表有限公司熱式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理、特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題和解決辦法。

1 熱式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理

如圖1所示，溫度傳感器測(cè)量管道內(nèi)氣體的溫度，另一個(gè)為速度傳感器，電加熱到高于溫度傳感器測(cè)量得到的溫度，并且保持恒定值。當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)勢(shì)必帶走速度傳感器上的熱量，為保持溫度差的恒定，需要額外的電補(bǔ)償加熱，而這個(gè)補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮『蜌怏w質(zhì)量流量成正比。

式中：qm為氣體質(zhì)量流量；K為儀表系數(shù)（恒定）；Δp為補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮。梢酝ㄟ^測(cè)量得到）；Cp為定壓比熱容（決定于氣體組分）；Δt為兩探頭間的溫度差（恒定）；S為管道截面積。

從式（1）可以看出，在氣體組分恒定（Cp恒定）的情況下，氣體的質(zhì)量流量只與補(bǔ)償?shù)碾姽β食烧?。由于每個(gè)傳感器探頭之間都有細(xì)微的性能差異，每個(gè)變送器內(nèi)部各元器件的性能也有偏差，所以必須對(duì)組裝好的流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流（根據(jù)用戶實(shí)際溫度、壓力和流量范圍）、逐臺(tái)標(biāo)定，這樣才能確保到現(xiàn)場(chǎng)安裝后不需調(diào)試即可準(zhǔn)確運(yùn)行。

2 熱式質(zhì)量流量計(jì)的核心部件

熱式質(zhì)量流量計(jì)的核心部件是探頭上的速度傳感器，它是維持探頭長(zhǎng)期精度的關(guān)鍵。探頭的內(nèi)部是鉑金加熱絲、外壁為316L不銹鋼，兩者之間是導(dǎo)熱性能優(yōu)良但又不導(dǎo)電的填隙物。鉑金絲一直在加熱，如果填隙物的材料不過關(guān)，探頭工作時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成零點(diǎn)漂移和整體線性、重復(fù)性下降，而這些需要幾個(gè)月時(shí)間、甚至是一年才能看出來。為盡量避免這些問題，我們采用了速度傳感器具有“干傳感器”技術(shù)的進(jìn)口某品牌熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。

3 熱式質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）直接測(cè)量氣體質(zhì)量流量，精度達(dá)到±1.0%F?S；

（2）重復(fù)性達(dá)到±0.2%F?S；

（3）量程比達(dá)到100∶1；

（4）壓損極小，150mm內(nèi)徑以上壓損可以忽略；

（5）一個(gè)過程連接，標(biāo)定時(shí)已做好溫壓補(bǔ)償，無須額外的溫度、壓力變送器及對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償；

（6）插入式安裝，雙卡套鎖緊連接方式，內(nèi)部無可動(dòng)部件，基本免維護(hù)；

（7）管道震動(dòng)對(duì)儀表性能影響非常??；

（8）可帶球閥安裝，省去旁路管道及相應(yīng)的閥門；

（9）前后直管段要求低，管道式只需1D前直管段；

（10）自帶免費(fèi)儀表通訊軟件，方便對(duì)儀表微調(diào)；

（11）自帶校準(zhǔn)軟件，可以不拆表，不斷電完成自檢定，并給出流量計(jì)是否合格的檢定報(bào)告；

（12）在技術(shù)確認(rèn)時(shí)把管徑搞錯(cuò)的情況下，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)能夠方便地通過自帶軟件進(jìn)行調(diào)整，避免重新計(jì)算、重新訂表、耽誤生產(chǎn)。

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)雖然有很多的優(yōu)勢(shì)，但也有缺點(diǎn)，比如：只能測(cè)量干燥的氣體，如果氣體內(nèi)含有較大水汽，示值將偏大，初步的判斷標(biāo)準(zhǔn)是管道內(nèi)不會(huì)形成凝結(jié)水的氣體均可以測(cè)量；氣體組分變化頻繁且測(cè)量精度要求高的氣體不適合測(cè)量；氣體內(nèi)粉塵含量較高且測(cè)量精度要求高的氣體不適合測(cè)量。

4 熱式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用問題

目前，在儀化曝氣測(cè)量中使用的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)中，出現(xiàn)了下面這些問題：

（1）因安裝場(chǎng)地限制，就近將表安裝在離閥門7D左右的下游，結(jié)果使得表的流量在滿量程的30%～70%之間以3s左右的頻率波動(dòng)。

（2）前后直管段和安裝等全部正常的情況下，裝在管道弓背頂部流量計(jì)的電流信號(hào)輸出故障。

（3）將熱式質(zhì)量流量計(jì)安裝到800mm的管道上，運(yùn)行反映說表的示值跟風(fēng)機(jī)額定出氣量有較大地出入。

5 熱式質(zhì)量流量計(jì)問題的解決

針對(duì)以上問題，我們配合廠家進(jìn)行了原因分析，*終比較好地解決了這些問題。

（1）因閥門后的流場(chǎng)非常復(fù)雜，在反復(fù)權(quán)衡后我們將表移到了具有充分直管段的上游，雖然安裝時(shí)沒有了工作平臺(tái)，給安裝增加了難度，但安裝好后相對(duì)原來流量示值平穩(wěn)了很多。仍然有一些波動(dòng)的原因是該管是總管，下游沒有緩沖罐，所以負(fù)載的變化對(duì)總管影響較大。這從另一方面也證實(shí)了熱式流量計(jì)確實(shí)是實(shí)時(shí)地反映了管道內(nèi)的流量。

（2）因?yàn)楸戆惭b得高，又沒有加裝防雷措施，使得感應(yīng)雷串入信號(hào)線，導(dǎo)致輸出故障。由于我們采用了非隔離的連接方式，雖然這路通道壞了，但卻保護(hù)了主板，*后將故障表改成隔離式連接方式輸出。在改變輸出信號(hào)接線方式的同時(shí)將表移到了低處，減少雷擊的可能性。

（3）因曝氣主管的管徑比較大，加上安裝位置的限制，使得測(cè)量表沒有充足的前后直管段，導(dǎo)致偏差。廠家專門為此設(shè)計(jì)了“選點(diǎn)標(biāo)定設(shè)備”，在800mm內(nèi)徑的管道截面上開了4個(gè)孔并且焊接了4個(gè)底座，在正常流量下標(biāo)定了總計(jì)32個(gè)點(diǎn)，得到平均流量大小，*后找出*合適的插入點(diǎn)安裝，并用3個(gè)堵頭把其余底座堵上，運(yùn)行后流量數(shù)據(jù)正常，響應(yīng)靈敏。

6 熱式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用效果

目前因熱式是直接氣體質(zhì)量流量測(cè)量，具有精度高、重復(fù)性好、可靠性高、量程比寬、響應(yīng)快、安裝使用簡(jiǎn)單方便、基本免維護(hù)、幾乎無壓損、管徑的大小對(duì)儀表的價(jià)格影響非常小等特點(diǎn)，在活性污泥法污水處理的曝氣測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。由于鼓風(fēng)機(jī)24h運(yùn)行的電耗占整個(gè)污水處理廠的一半左右，所以采用幾乎無壓損的熱式質(zhì)量流量計(jì)后，每年將節(jié)省因克服管損而增加的額外電耗。特別是該廠家為儀化專門設(shè)計(jì)開發(fā)了不停氣安裝設(shè)備后，打破了儀化安裝氣體流量計(jì)就必須停氣的歷史，極大地方便了各氣體用戶的使用。