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質量流量計的工作原理
發布時間:2021-01-19 大號 小號
    一般來說,質量流量計主要分為熱式質量流量計、差壓式質量流量計和科里奧利質量流量計。不同種類的質量流量計其工作原理也不一樣。

熱式質量流量計的工作原理

熱式質量流量計的工作原理基于金氏定律(英文名稱:King’s Law)。

利用外部熱源對管道內被測量的氣體進行加熱,熱能隨著氣體一起流動,通過測量管道內因氣體流動而產生的熱量變化,即:氣體通過管路前后的溫度變化,來計算氣體的質量流量。另一種方法是通過測量加熱氣體時氣體溫度上升到某一點所需要的能量和氣體質量之間的關系來計算得到氣體的質量流量。

熱式質量流量計內的傳感器通常由兩個基準級熱電阻組成,一個是速度傳感器,另一個是測量氣體溫度變化的溫度傳感器。當這兩個熱電阻被置于管道內被測氣體中時,其中速度傳感器被加熱,另一個溫度傳感器則用于測量氣體的溫度。隨著氣體的流量增大,帶走的熱量就上升,那么溫度傳感器自身的溫度就會下降。而溫度傳感器前后的溫度變化值與通過該管路內的氣體的質量流量恰恰是成線性比例的,由此工作原理則可推算出氣體的質量流量。

計算公式:P/△T = A+B(Qm)k

其中,P為消耗功率,△T為氣體經過管路前后的溫度差,A和B為反應氣體屬性的物理常數,Qm為質量流量,K是指數系數。

再說的詳細一點,熱式質量流量計的工作原理還分為恒溫差測量法和恒功率測量法。

熱式質量流量計恒功率測量法的工作原理:

與上述相反,是在保持加熱功率不變的狀態下,通過測量氣體經過管路前后的溫度差來計算質量流量。

熱式質量流量計恒溫差測量法的工作原理:

顧名思義,就是在保持溫度差不變的情況下,通過測量加熱功率的變化來計算氣體的質量流量。該工作原理相對于恒功率測量法來說,優點在于測量氣體質量流量的響應速度較快,線性度較好,可達100:1。

差壓式質量流量計的工作原理

差壓式質量流量計采用的是泊肅葉定律(英文名稱:Poiseuille's Law)。

通過測量氣體經過某段管道內前后的壓力差,即:壓力損失,計算得出氣體的體積流量,再換算到標準工況下的質量流量。

公式:Q=ΔP×π×r4/(8ηL)

其中:Q為氣體的體積流量,ΔP表示壓力差,即壓損,r為管道半徑,L表示管道長度,η為氣體粘度

利用泊肅葉定律為工作原理的質量流量計有一個前提,就是被測氣體必須做層流運動。這就要說到氣體的流動狀態了。氣體的流動狀態分為湍流和層流。

湍流:氣體作不規則運動,有垂直于管道方向的分速度產生,這種運動稱為湍流,如下圖所示:

層流:當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為層流運動,如下圖所示:

以層流壓差式為工作原理的質量流量計采用的方式是讓氣體通過一疊層流片,肉眼是絕對看不出層流片之間有間隙的,但氣體可以通過,并在這疊層流片間保持層流運動的狀態,那么,根據上面提到的基于泊肅葉定律的工作原理,只要測量層流片兩端的壓力差,即可計算出該段氣體的流量大小了。

比起以測量溫度差為工作原理的熱式質量流量計,測量壓力差的差壓式質量流量計精度更高一些,聽說這種測量方法好像還是有專利的。

科里奧利質量流量計的工作原理

科里奧利質量流量計,也稱作科氏力質量流量計,其工作原理是讓2個并排的U型管下端彎曲部分微微振動,從而帶動直管部分振動,兩根管子同時分開或并攏,即:振動是同步的。這時,如果有氣體流過,管道則會強迫流動著的氣體或液體也一起振動,而氣體或液體為了反抗這種強迫振動,就會在其流動方向給管道施加一反作用力,這種力就叫做科里奧利力。在科里奧利力的作用下,兩根管道的振動就不同步了,出現了差異,通過電路能檢測出該差異大小,而這種差異與通過管道的氣體的質量流量的大小是成正比的。利用這種工作原理測量氣體流量的質量流量計就叫科里奧利質量流量計。

科里奧利質量流量計直接測量的就是氣體的質量流量,測量精度相對較高。

 

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