插入式熱式質量流量計

插入式熱式質量流量計是基于熱擴散原理的流量儀表，即是利用流體流過發熱物體時，發熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關系，具體來說，插入式熱式質量流量計的傳感器有兩只標準級的RTD，一只用來做熱源，一只用來測量流體溫度，流體流過時，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關系，該儀表就可以把這種關系轉換為測量流量信號的線性輸出。

產品特點：
?高性能智能微處理器及模數、數模轉換芯片；
?寬量程比100：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
?直接測量質量流量，無須溫壓補償；
?低流速測量非常靈敏；
?設計、選型方便，安裝、使用簡便；
?適合各類單一或混合氣體流量測量。
技術參數：

流量積算儀(分體式選配）：
環境溫度：－30℃～＋60℃
輸出信號：4～20mA線性（流量）
顯示位數：瞬時流量4位，累計流量12位

流量（速）范圍：

注１：以上流量（速）范圍是對空氣而言，對其它氣體有所變化。
注２：以上流量（速）的標準狀態為20℃，101325Pa。

插入式熱式氣體質量流量計在環保領域中的應用：

文章介紹了污水處理過程活性污泥法中曝氣流量的測量，著重論述熱式質量流量計的測量原理、特點、及實際應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：將初次沉淀、調均等預處理后的污水送入曝氣池，由鼓風機送來的空氣通過池子底部的氣體擴散裝置對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，并處于劇烈的攪動的懸浮狀態。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物，*終使廢水凈化。通過鼓風曝氣轉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會下降，活性污泥發黑發臭，影響出水水質；濃度過高，活性污泥中的微生物會進入自身氧化階段，同時也會額外增加電力消耗。控制溶解氧的關鍵是進入曝氣池氧氣的質量流量，也就是空氣的質量流量，所以像傳統的孔板、文丘里、噴嘴、渦街、巴類和旋進漩渦等只是測量管道內氣體流速的氣體流量計均需溫度壓力補償，*后才得到氣體的質量流量。為更好地實現曝氣流量的自控，以及節能方面考慮，我們采用了熱式流量計直接測量曝氣的質量流量，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量流量計的測量原理、特點及實際應用中遇到的問題和解決辦法。

1 熱式質量流量計的測量原理

如圖1所示，溫度傳感器測量管道內氣體的溫度，另一個為速度傳感器，電加熱到高于溫度傳感器測量得到的溫度，并且保持恒定值。當氣體流動時勢必帶走速度傳感器上的熱量，為保持溫度差的恒定，需要額外的電補償加熱，而這個補償的電功率大小和氣體質量流量成正比。

式中：qm為氣體質量流量；K為儀表系數（恒定）；Δp為補償的電功率大小（可以通過測量得到）；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，氣體的質量流量只與補償的電功率成正比。由于每個傳感器探頭之間都有細微的性能差異，每個變送器內部各元器件的性能也有偏差，所以必須對組裝好的流量計進行實流（根據用戶實際溫度、壓力和流量范圍）、逐臺標定，這樣才能確保到現場安裝后不需調試即可準確運行。

2 熱式質量流量計的核心部件

熱式質量流量計的核心部件是探頭上的速度傳感器，它是維持探頭長期精度的關鍵。探頭的內部是鉑金加熱絲、外壁為316L不銹鋼，兩者之間是導熱性能優良但又不導電的填隙物。鉑金絲一直在加熱，如果填隙物的材料不過關，探頭工作時間長了會造成零點漂移和整體線性、重復性下降，而這些需要幾個月時間、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”技術的進口某品牌熱式氣體質量流量計。

3 熱式質量流量計的特點

熱式氣體質量流量計具有以下特點：

（1）直接測量氣體質量流量，精度達到±1.0%F?S；

（2）重復性達到±0.2%F?S；

（3）量程比達到100∶1；

（4）壓損極小，150mm內徑以上壓損可以忽略；

（5）一個過程連接，標定時已做好溫壓補償，無須額外的溫度、壓力變送器及對應的補償；

（6）插入式安裝，雙卡套鎖緊連接方式，內部無可動部件，基本免維護；

（7）管道震動對儀表性能影響非常小；

（8）可帶球閥安裝，省去旁路管道及相應的閥門；

（9）前后直管段要求低，管道式只需1D前直管段；

（10）自帶免費儀表通訊軟件，方便對儀表微調；

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

（12）在技術確認時把管徑搞錯的情況下，熱式氣體質量流量計能夠方便地通過自帶軟件進行調整，避免重新計算、重新訂表、耽誤生產。

熱式氣體質量流量計雖然有很多的優勢，但也有缺點，比如：只能測量干燥的氣體，如果氣體內含有較大水汽，示值將偏大，初步的判斷標準是管道內不會形成凝結水的氣體均可以測量；氣體組分變化頻繁且測量精度要求高的氣體不適合測量；氣體內粉塵含量較高且測量精度要求高的氣體不適合測量。

4 熱式質量流量計的應用問題

目前，在儀化曝氣測量中使用的熱式氣體質量流量計中，出現了下面這些問題：

（1）因安裝場地限制，就近將表安裝在離閥門7D左右的下游，結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。

（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的電流信號輸出故障。

（3）將熱式質量流量計安裝到800mm的管道上，運行反映說表的示值跟風機額定出氣量有較大地出入。

5 熱式質量流量計問題的解決

針對以上問題，我們配合廠家進行了原因分析，*終比較好地解決了這些問題。

（1）因閥門后的流場非常復雜，在反復權衡后我們將表移到了具有充分直管段的上游，雖然安裝時沒有了工作平臺，給安裝增加了難度，但安裝好后相對原來流量示值平穩了很多。仍然有一些波動的原因是該管是總管，下游沒有緩沖罐，所以負載的變化對總管影響較大。這從另一方面也證實了熱式流量計確實是實時地反映了管道內的流量。

（2）因為表安裝得高，又沒有加裝防雷措施，使得感應雷串入信號線，導致輸出故障。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。在改變輸出信號接線方式的同時將表移到了低處，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，使得測量表沒有充足的前后直管段，導致偏差。廠家專門為此設計了“選點標定設備”，在800mm內徑的管道截面上開了4個孔并且焊接了4個底座，在正常流量下標定了總計32個點，得到平均流量大小，*后找出*合適的插入點安裝，并用3個堵頭把其余底座堵上，運行后流量數據正常，響應靈敏。

6 熱式質量流量計的應用效果

目前因熱式是直接氣體質量流量測量，具有精度高、重復性好、可靠性高、量程比寬、響應快、安裝使用簡單方便、基本免維護、幾乎無壓損、管徑的大小對儀表的價格影響非常小等特點，在活性污泥法污水處理的曝氣測量領域應用越來越廣泛。由于鼓風機24h運行的電耗占整個污水處理廠的一半左右，所以采用幾乎無壓損的熱式質量流量計后，每年將節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計開發了不停氣安裝設備后，打破了儀化安裝氣體流量計就必須停氣的歷史，極大地方便了各氣體用戶的使用。