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热散布式气体品德流量计罕见毛病及缘由阐发

名字的由来: 我: 发布准确时间:2019-10-19 11:35:32

 择要: 基于热散布式气体品德流量计的丈量道理,对热散布式气体品德流量计的罕?见毛病停止了统计,总结阐发了热散布式气体品德流量计的罕见毛病缘由和影响机制。热散布式气体品德流量计的首要毛病缘由包含: 毛细丈量管外氛围环境转变、流量计进水、层流阻流件松动、被测气体状况转变、利用环境温度太高或太低、流量计被梗塞等。很是后针对各项毛病缘由提出了防备处置办法。

 
弁言
气体品德流量丈量是今朝糊口和产业出产中不可或缺的一局部[1]。在古代产业出产现场和迷信尝试等良多环境中,都须要停止气体品德流量丈量,如节制出产进程中各种物资的配比,监督出产运转环境,调控熄灭效力和环境等[2 - 3]。是以,气体品德流量丈量在保障产物品德,进步出产效力,节俭动力及在环保方面都有很重要的感化[4]。根据差别的丈量道理,今朝气体品德流量计首要有科里奥利品德流量计、热式气体品德流量计、差压式品德流量计等。综合产物价钱、丈量精度,热式气体品德流量计在医药、化工、动力范畴中利用很是为普遍[5]。
 
七逐一研讨所多年来处置船用策念头和供气体系研发,为了进步策念头熄灭效力,须要公道配比燃油和氧气的品德流量,是以接纳了丈量精度较高的热散布气体品德流量计丈量氧气的品德流量。但在流量计利用进程中呈现诸多毛病,有些毛病的缘由较为简略,有些毛病的缘由则难以判定。该文首要先容了在利用热散布式气体品德流量计中碰到的各种毛病及毛病缘由阐发,从而为热散布气体品德流量计利用职员在毛病诊断和毛病处置时供应赞助。 
CTMF 流量计布局表示图
1 热散布式气体流量计丈量道理
热散布式气体品德流量计( Thermal Profile Mass Flow Meter) ,又称毛细管热式品德流量计( Capillary Thermal Mass FlowMeter,CTMF) [6],其布局如图 1所示,丈量道理如图 2 所示。薄壁丈量管外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组,构成惠斯登电桥,由恒流电源供应恒定热量,经由进程线圈绝缘层、管壁、流体边境层传导热量给管内流体。边境层内热的通报能够或许看做是热传导体例完成。在流量为零时,丈量管上的温度散布如图 2 中虚线所示,绝对丈量管中间的高低游是对称的,由线圈和电阻构成的电桥处于均衡状况,2 个传感器丈量的温度不异;当流体活动时,流体将下流的局部热量带给下流,致使温度散布变更如图 2 中实线所示,由电桥测出两组线圈电阻值的变更,求得两组线圈均匀温度差ΔT,便求出气体的品德流量[7 - 8]。由此可知气体品德流量 qm的计较公式为:
QQ截图20201019114113.jpg
式中: Cp为被测气体的定压比热容; A 为丈量管绕组( 即加热体系) 与四周环境热互换体系之间的热传 导系数; K1为仪表常数。
CTMF 流量计丈量管上温度散布图
由于毛细管能够或许经由进程的流量较小,为了扩展仪表量程,人们在根基型的 CTMF 流量计的根本上提出分流式 CTMF 流量计,即在支流道内装配层流阻流件,以恒定比值分流局部流体到毛细丈量管。因 此,对分流式 CTMF 流量计,气体品德流量的计较公式为:
气体品德流量的计较 公式
式中: K3为分流系数,即流经毛细管的气体流量占总的气体流量之比。
 
由此可知,影响热散布式气体品德流量计丈量的首要参数有: 1) 电路元件本身参数,包含电阻、发烧功率等; 2) 分流系数; 3) 被测气体热容; 4) 丈量管与环境换热系数。
 
 2 罕见毛病景象及统计
pg电子平台:热式气体品德流量计首要是丈量气体的品德流量并输入旌旗灯号。该文对 214 台利用时候在两年内的流量计呈现的毛病停止统计,并根据差别毛病缘由致使的毛病景象停止分类,发明毛病景象首要为: 1) 丈量成果误差在 2% < ε < 5% ; 2) 丈量成果误差在 5% ≤ε≤10% ; 3) 丈量成果误差 ε > 10% ; 4)无旌旗灯号输入; 5) 零点误差。在这 4 种环境中,流量计丈量成果误差在 2% < ε < 5% 的毛病景象占比很是大,为 64% ; 流量计丈量成果误差在 5% ≤ε≤10%次之,占比为 21% 。热散布式气体品德流量计罕见毛病景象统计见图 3。
利用时候在两年内的热散布式气体品德流量计罕见毛病景象统计图
3 毛病缘由及阐发
3. 1 毛细丈量管外氛围环境转变
在热散布式气体品德流量计利用进程中,发明多台流量计在利用不到 1 个月后,丈量精度误差到达 - 10% 。经检测排查,发明毛病缘由为支流道内被测气体泄露至密闭的丈量壳内并累计,致使毛细丈量管外氛围环境转变。
 
根据式( 2) 可知,热散布气体品德流量计丈量精度受毛细丈量管与环境的换热系数 A 影响。由于今朝的热散布气体品德流量计在出厂标定时,毛细丈量管均处于氛围环境中,当被测气体泄露致使毛细丈量管外氛围变更后,将影响毛细管与环境的换热,从而影响流量计的丈量精度。经实验考证,将毛细丈量管至于高浓度氧气( O2 ) 环境中,流量计的丈量误差可降落至 - 5% ~ - 10% 。随后利用氛围吹扫毛细丈量管后,流量计丈量精度便可规复普通。
 
形成被测气体泄露的首要缘由是毛细丈量管和支流道之间的密封生效。处置该题目的首要路子须要流量计制作厂商进步该处的密封靠得住性。作为用户,可按期吹扫,防备毛细管外氛围产生变更。
 
 3. 2 流量计进水
流量计进水也是致使热散布式气体品德流量计毛病的罕见缘由之一。为了阐发进水对热式流量计的影响,展开了相干实验研讨。
 
起首对进水后的流量计持续停止 6 次检测,而后将流量计晾置 3 天后,再停止 3 次检测,获得如图4 所示的实验成果,每次检测实验时候约 30 min。实验用热散布式气体品德流量计未进水前丈量误差为 - 1. 1% RD。从图中能够或许看出,该流量计进水后,流量计丈量误差较着增大,且丈量值要大于规范流量计的丈量值。跟着实验的停止,流量计内的水被不时吹走,丈量误差逐步减小,但短时候内仍未规复普通。当流量计晾置 3 天后再次停止丈量,丈量误差规复普通。
流量计进水后的精度检测实验成果
热散布气体品德流量计进水后致使丈量值大于现实值的首要缘由有: 1) 液态水同化在层流阻流件内,致使支流道内流阻增大,现实气体流量减小,从而丈量值偏大; 2) 液态水流入毛细丈量管内,强化了毛细丈量管与被测气体/水夹杂物之间的换热,使得在不异气体流量下,从下流带给下流的热量更多, ΔT 增添,致使丈量成果偏大。是以在利用热散布气体品德流量计时,只能用于丈量枯燥和干净的气体,并避免高低游饱和蒸汽在流量计内固结。 
 
3. 3 层流阻流件松动
层流阻流件的首要感化是将湍流的气体变成层流的气体,从而完成毛细丈量管内气体流量和支流道内流量为一个牢固的比例。当热散布式气体品德流量计层流阻流件松动后,将影响流量计的分流系数 K3,从而影响氧流量计的精度。图 5 为某热散布式气体品德流量计层流阻流件布局,其紧固件为 3个细牙螺母。
某热散布式气体品德流量计层流阻流件布局图
普通环境下,当层流阻流件松动后,流经支流道内的气体流量增添,K3 值增大,流量计丈量流量成果小于现实流量,即流量计丈量误差为负值。在现实利用进程中发明,当层流阻流件松动时,流量计的精度急剧降落,流量计的丈量误差可达 - 20% 及以上。
 
是以,热散布式气体品德流量计在运输时应做好防护,避免猛烈撞击和振动。同时流量计在装配利用时,也应尽量阔别振动源,并按期标定。
 
 3. 4 被测气体状况转变
从式( 2) 能够或许看出,热散布式气体品德流量计丈量成果与气体的物性有关,特别是比热容 Cp。是以固然热散布式气体品德流量计呼应品德流量的变更,当被测气体状况的变更,比方夹杂气体的成份、进程压力和( 或) 温度的变更会影响比热容,从而影响流量计的机能。
 
当被测气体为氧气( O2 ) 时,压力变更对热散布式气体品德流量计的丈量精度影响约为 ± 0. 15% /bar;当被测气体为氮气( N2 ) 时,压力变更对热散布式气体品德流量计的丈量精度影响约为 ± 0. 1% /bar,当被测气体为氢气( H2 ) 时,压力变更对热散布式气体品德流量计的丈量精度影响约为 ± 0. 01% /bar。温度变更对热散布式气体品德流量计的丈量精度影响则约为 ± 0. 05% /℃。压力和温度变更对热散布式气体品德流量计的影响值首要依靠于气体比热容的变更,是以用户能够或许根据被测气体的比热容变更来反推气体压力和温度对流量计丈量精度的影响水平。
 
普通环境下,流量计订购时需供应被测气体品种、任务压力点和温度点,厂家在出厂前会对流量计停止标定,使其在请求的任务环境下知足丈量精度请求。对大局部产业利用,气体品种和蔼体任务压力能够或许很好节制,但气体温度常常跟着环境温度变更而变更,从而引发丈量误差。是以,当被测气体状况产生转变时,须要对这些变更停止弥补。 
 
3. 5 利用环境温度太高或太低
普通热散布式气体品德流量计的普通利用环境温度为 - 10 ~ 70 ℃,利用环境温度太高( > 70 ℃,如策念头舱室内) 或太低( < - 10 ℃,如南方严寒地域) 也会影响热散布式气体品德流量计的丈量精度。由于热散布式气体品德流量计的丈量道理是基于毛细丈量管的温度变更,并且毛细丈量管上发烧绕组的发烧量很小,外界环境温度太高或太低会影响毛细管的温度散布。固然流量计厂家在设想时已对毛细丈量管采用了一定的保温办法,以削减毛细丈量管和外界环境之间的对流换热和辐射换热,可是当外界环境温度太高或太低时,从流量计壳体热传导过去热量也会影响毛细丈量管上温度散布,从而影响氧流量计精度。 
 
3. 6 流量计被梗塞
流量计被梗塞也是致使流量计丈量误差的缘由之一。当层流阻流件被杂质梗塞后,支流道内流阻增添,现实流量减小,丈量值比现实值偏大; 当毛细丈量管被杂质梗塞后,毛细丈量管内流量削减,致使丈量值比现实值小。
 
今朝热散布式气体品德流量计在利用时,下流均会装配滤器避免杂质梗塞流量计,是以该类毛病较少产生。可是须要注重的是在流量计在按期标定来回途中的防尘掩护,和须要按期洗濯流量计下流的滤器。 
 
3. 7 其余
除以上毛病缘由外,热散布式气体品德流量计在利用进程中还存在电路板破坏致使无旌旗灯号输入、传感器毛病致使零点存在误差、和电子元器件老化( 特别是发烧绕组的老化,致使绕组的发烧功率和电阻产生变更) 致使流量计丈量精度降落等毛病缘由。这些毛病产生几率较低,呈现毛病后挑选返厂维修处置。 
 
4 结语
热散布式气体品德流量计利用进程中,丈量精度下降是流量计的首要毛病景象。而致使该毛病的缘由浩繁,首要有: 毛细丈量管外氛围环境转变、流量计进水、层流阻流件松动、被测气体状况转变、利用环境温度太高或太低、电子元器件老化等。此中毛病缘由毛细丈量管外氛围环境转变和层流阻流件松动较难发明,且对流量计丈量精度影响较大,须要获得正视和存眷。毛病缘由流量计进水、被测气体状况转变、利用环境温度太高或太低、电子元器件老化绝对轻易发明,但也须要利用者在利用流量计时根据流量计利用请求利用,并按期对流量计停止标定。
询问电話 0517-86998326
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