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BURKERT流量計(jì)測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)資料各有哪些

          BURKERT流量計(jì)測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)資料各有哪些
    針對(duì)目前大口徑或不規(guī)則管道氣體質(zhì)量流量測(cè)量中存在的問(wèn)題,提出了基于多點(diǎn)測(cè)量的熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)試方法。文章對(duì)敏感元件( 熱膜探頭)溫度特性和以熱膜探頭為測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)測(cè)試方法進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:多點(diǎn)測(cè)試方法中,以對(duì)數(shù)線性法好; 多點(diǎn)熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)試方法可以明顯改善某些單點(diǎn)測(cè)量中出現(xiàn)的較大偏差,測(cè)量精度可以達(dá)到1. 5%,擴(kuò)展不確定度小于3. 4%。
    BURKERT流量計(jì)是基于早期專線風(fēng)速計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型氣體流量檢測(cè)儀表,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)以及天然氣管道運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。
BURKERT流量計(jì)的研究和應(yīng)用尚處在初級(jí)階段,絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要進(jìn)口,尤其是針對(duì)大中型管道的氣體流量測(cè)量的熱式氣體流量計(jì)。因此,研究熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)將對(duì)于BURKERT流量計(jì)的基礎(chǔ)上,針對(duì)目前大口徑或不規(guī)則管道氣體質(zhì)量流量測(cè)量中存在的單點(diǎn)測(cè)量度不高、差壓式儀表壓損太大以及速度- 面積法測(cè)量困難等問(wèn)題,提出了基于多點(diǎn)測(cè)量的熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)試方法。
    1 BURKERT流量計(jì)測(cè)量原理及敏感元件溫度特性
    BURKERT流量計(jì)根據(jù)加熱元件的不同,分為專線式和熱膜式[1,2]。本文采用薄膜鉑電( 鉑膜電阻或鉑膜探頭)作為敏感元件。鉑膜電阻作為一種新型的感溫元件,具有尺寸小、響應(yīng)快、易于與集成電路相匹配的特點(diǎn),且具有測(cè)溫范圍寬、精度高、線性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在溫度補(bǔ)償、溫度及流量的測(cè)量和控制等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
    鉑膜電阻在作為流量傳感器使用時(shí),由于探頭散熱條件與環(huán)境溫度有極大關(guān)系,其信號(hào)輸出將受環(huán)境溫度變化的影響為了定量地掌握熱膜探頭的溫度特性,我們根據(jù)熱式流量計(jì)加熱探頭工作溫度范圍,對(duì)熱膜探頭在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行溫度特性試驗(yàn)。將熱膜探頭放置在溫度可調(diào)的恒溫箱中,給探頭加上某一恒定工作電流i ,在不同的工況條件下,測(cè)量探頭兩端電壓v ,然后計(jì)算熱膜探頭電阻。熱膜探頭溫度特性實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。
    BURKERT流量計(jì)由于熱膜探頭的工作溫度很難測(cè)量,因此在靜態(tài)溫度特性實(shí)驗(yàn)中,首先建立熱膜探頭工作電阻隨溫度變化的曲線,即在熱膜探頭無(wú)自熱效應(yīng)的前提下(工作電流≤1 ma),熱膜探頭電阻隨環(huán)境溫度變化趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際情況,本文選用pt20 熱膜探頭作為試驗(yàn)研究對(duì)象。
    BURKERT流量計(jì)熱膜探頭在無(wú)自熱效應(yīng)下,熱膜探頭電阻隨環(huán)境溫度變化關(guān)系如圖2 所示。
    BURKERT流量計(jì)由熱膜探頭靜態(tài)溫度特性曲線建立熱膜探頭電阻r t 與環(huán)境溫度t 之間的關(guān)系:
    BURKERT流量計(jì)工業(yè)上采用薄膜鉑電阻作為測(cè)溫元件,主要是利用鉑電阻在無(wú)自熱效應(yīng)前提下r t- t 特性,一般情況下通過(guò)鉑電阻的電流不大于1 ma。本文是利用薄膜鉑電阻作為加熱元件,通以較大的電流,利用其自身的熱效應(yīng),使鉑膜探頭達(dá)到一定的工作溫度,作為測(cè)量氣體流量敏感元件。
    將熱膜探頭在不同實(shí)驗(yàn)條件下( u= 0 和u ≠0)通以相同的電流( i = 70 ma),其電阻rt 與環(huán)境溫度t 間關(guān)系如圖3 所示。
    熱膜探頭在靜態(tài)的實(shí)驗(yàn)條件下( u= 0),對(duì)熱膜探頭通以不同的工作電流,其電阻r t 與環(huán)境溫度t 間關(guān)系如圖4 所示。
    BURKERT流量計(jì)熱膜探頭工作在恒流狀態(tài)下,其電阻隨環(huán)境溫度的變化而近乎線性的變化,即熱膜探頭工作溫度與環(huán)境溫度之差$t 基本保持不變。熱膜探頭在不同工況下由其強(qiáng)迫對(duì)流造成的熱耗散不隨環(huán)境溫度的變化而變化。如對(duì)選用的熱膜探頭由強(qiáng)迫對(duì)流造成的熱耗散約為31 mw。熱膜探頭工作溫度隨工作電流的增大而增加。如在環(huán)境溫度為20℃ 下,i = 50 ma 時(shí),熱膜探頭工作溫度約為77℃ ; i = 70 ma 時(shí),熱膜探頭工作溫度約為142℃ ; i = 90 ma 時(shí),熱膜探頭工作溫度約為256℃。所以我們可以通過(guò)選擇熱膜探頭的工作電流來(lái)確定熱膜探頭的工作溫度。
    BURKERT流量計(jì)多點(diǎn)測(cè)試方法分析  多點(diǎn)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)主要是在管道的橫截面直徑方向上布置多個(gè)傳感元件,用以檢測(cè)管道截面內(nèi)不同點(diǎn)上的氣體流量所示。
    BURKERT流量計(jì)是基于均速管流量計(jì)測(cè)速原理[3,4]。即將管道截面分成面積相等的幾部分,測(cè)出每一部分的特征點(diǎn)質(zhì)量流速,并以該特征點(diǎn)質(zhì)量流速代表這部分的平均質(zhì)量流速。將該質(zhì)量流速乘以這部分的面積,得到通過(guò)該小塊面積的質(zhì)量流量。再把每一小塊面積的質(zhì)量流量累加起來(lái),就是通過(guò)整個(gè)管道的質(zhì)量流量。多點(diǎn)測(cè)試方法的關(guān)鍵是如何確定特征點(diǎn)的位置和分布數(shù)量。采用等環(huán)面法、切比雪夫法、對(duì)數(shù)線性法設(shè)計(jì)多點(diǎn)檢測(cè)傳感器。
    選取實(shí)驗(yàn)管道半徑r = 30 mm,設(shè)計(jì)將圓管截面兩等分,以管道中心為原點(diǎn),設(shè)計(jì)多點(diǎn)檢測(cè)桿特征點(diǎn)分布示意圖如圖6 所示。
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