插入式热式质量流量计

插入式热式质量流量计是基于热扩散原理的流量仪表，即是利用流体流过发热物体时，发热物体的热量散失多少与流体的流量成一定的比例关系，具体来说，插入式热式质量流量计的传感器有两只标准级的RTD，一只用来做热源，一只用来测量流体温度，流体流过时，两者之间的温度差与流量的大小成非线性关系，该仪表就可以把这种关系转换为测量流量信号的线性输出。

产品特点：
•高性能智能微处理器及模数、数模转换芯片；
•宽量程比100：1；大口径，低流速，压损可忽略；
•直接测量质量流量，无须温压补偿；
•低流速测量非常灵敏；
•设计、选型方便，安装、使用简便；
•适合各类单一或混合气体流量测量。
技术参数：

流量积算仪(分体式选配）：
环境温度：－30℃～＋60℃
输出信号：4～20mA线性（流量）
显示位数：瞬时流量4位，累计流量12位

流量（速）范围：

注１：以上流量（速）范围是对空气而言，对其它气体有所变化。
注２：以上流量（速）的标准状态为20℃，101325Pa。

插入式热式气体质量流量计在环保领域中的应用：

文章介绍了污水处理过程活性污泥法中曝气流量的测量，着重论述热式质量流量计的测量原理、特点、及实际应用中遇到的问题和解决办法。活性污泥法是一种污水生物处理技术：将初次沉淀、调均等预处理后的污水送入曝气池，由鼓风机送来的空气通过池子底部的气体扩散装置对活性污泥和污水的混合液曝气，使活性污泥得到充足的氧气，并处于剧烈的搅动的悬浮状态。在气泡从池底上升到液面的过程中，氧气被好氧微生物吸收，污水中的可溶性有机污染物被活性污泥吸附和絮凝，继而被好氧微生物群摄取代谢并分解为无机物，*终使废水净化。通过鼓风曝气转移到混合液中的溶解氧量直接决定着污泥的活性。溶解氧过低，好氧微生物的代谢活动会下降，活性污泥发黑发臭，影响出水水质；浓度过高，活性污泥中的微生物会进入自身氧化阶段，同时也会额外增加电力消耗。控制溶解氧的关键是进入曝气池氧气的质量流量，也就是空气的质量流量，所以像传统的孔板、文丘里、喷嘴、涡街、巴类和旋进漩涡等只是测量管道内气体流速的气体流量计均需温度压力补偿，*后才得到气体的质量流量。为更好地实现曝气流量的自控，以及节能方面考虑，我们采用了热式流量计直接测量曝气的质量流量，并取得了很好的效果。本文阐述了苏州华陆仪器仪表有限公司热式质量流量计的测量原理、特点及实际应用中遇到的问题和解决办法。

1 热式质量流量计的测量原理

如图1所示，温度传感器测量管道内气体的温度，另一个为速度传感器，电加热到高于温度传感器测量得到的温度，并且保持恒定值。当气体流动时势必带走速度传感器上的热量，为保持温度差的恒定，需要额外的电补偿加热，而这个补偿的电功率大小和气体质量流量成正比。

式中：qm为气体质量流量；K为仪表系数（恒定）；Δp为补偿的电功率大小（可以通过测量得到）；Cp为定压比热容（决定于气体组分）；Δt为两探头间的温度差（恒定）；S为管道截面积。

从式（1）可以看出，在气体组分恒定（Cp恒定）的情况下，气体的质量流量只与补偿的电功率成正比。由于每个传感器探头之间都有细微的性能差异，每个变送器内部各元器件的性能也有偏差，所以必须对组装好的流量计进行实流（根据用户实际温度、压力和流量范围）、逐台标定，这样才能确保到现场安装后不需调试即可准确运行。

2 热式质量流量计的核心部件

热式质量流量计的核心部件是探头上的速度传感器，它是维持探头长期精度的关键。探头的内部是铂金加热丝、外壁为316L不锈钢，两者之间是导热性能优良但又不导电的填隙物。铂金丝一直在加热，如果填隙物的材料不过关，探头工作时间长了会造成零点漂移和整体线性、重复性下降，而这些需要几个月时间、甚至是一年才能看出来。为尽量避免这些问题，我们采用了速度传感器具有*“干传感器”技术的进口某品牌热式气体质量流量计。

3 热式质量流量计的特点

热式气体质量流量计具有以下特点：

（1）直接测量气体质量流量，精度达到±1.0%F•S；

（2）重复性达到±0.2%F•S；

（3）量程比达到100∶1；

（4）压损极小，150mm内径以上压损可以忽略；

（5）一个过程连接，标定时已做好温压补偿，无须额外的温度、压力变送器及对应的补偿；

（6）插入式安装，双卡套锁紧连接方式，内部无可动部件，基本免维护；

（7）管道震动对仪表性能影响非常小；

（8）可带球阀安装，省去旁路管道及相应的阀门；

（9）前后直管段要求低，管道式只需1D前直管段；

（10）自带免费仪表通讯软件，方便对仪表微调；

（11）自带校准软件，可以不拆表，不断电完成自检定，并给出流量计是否合格的检定报告；

（12）在技术确认时把管径搞错的情况下，热式气体质量流量计能够方便地通过自带软件进行调整，避免重新计算、重新订表、耽误生产。

热式气体质量流量计虽然有很多的优势，但也有缺点，比如：只能测量干燥的气体，如果气体内含有较大水汽，示值将偏大，初步的判断标准是管道内不会形成凝结水的气体均可以测量；气体组分变化频繁且测量精度要求高的气体不适合测量；气体内粉尘含量较高且测量精度要求高的气体不适合测量。

4 热式质量流量计的应用问题

目前，在仪化曝气测量中使用的热式气体质量流量计中，出现了下面这些问题：

（1）因安装场地限制，就近将表安装在离阀门7D左右的下游，结果使得表的流量在满量程的30%～70%之间以3s左右的频率波动。

（2）前后直管段和安装等全部正常的情况下，装在管道弓背顶部流量计的电流信号输出故障。

（3）将热式质量流量计安装到800mm的管道上，运行反映说表的示值跟风机额定出气量有较大地出入。

5 热式质量流量计问题的解决

针对以上问题，我们配合厂家进行了原因分析，*终比较好地解决了这些问题。

（1）因阀门后的流场非常复杂，在反复权衡后我们将表移到了具有充分直管段的上游，虽然安装时没有了工作平台，给安装增加了难度，但安装好后相对原来流量示值平稳了很多。仍然有一些波动的原因是该管是总管，下游没有缓冲罐，所以负载的变化对总管影响较大。这从另一方面也证实了热式流量计确实是实时地反映了管道内的流量。

（2）因为表安装得高，又没有加装防雷措施，使得感应雷串入信号线，导致输出故障。由于我们采用了非隔离的连接方式，虽然这路通道坏了，但却保护了主板，*后将故障表改成隔离式连接方式输出。在改变输出信号接线方式的同时将表移到了低处，减少雷击的可能性。

（3）因曝气主管的管径比较大，加上安装位置的限制，使得测量表没有充足的前后直管段，导致偏差。厂家专门为此设计了“选点标定设备”，在800mm内径的管道截面上开了4个孔并且焊接了4个底座，在正常流量下标定了总计32个点，得到平均流量大小，*后找出*合适的插入点安装，并用3个堵头把其余底座堵上，运行后流量数据正常，响应灵敏。

6 热式质量流量计的应用效果

目前因热式是直接气体质量流量测量，具有精度高、重复性好、可靠性高、量程比宽、响应快、安装使用简单方便、基本免维护、几乎无压损、管径的大小对仪表的价格影响非常小等特点，在活性污泥法污水处理的曝气测量领域应用越来越广泛。由于鼓风机24h运行的电耗占整个污水处理厂的一半左右，所以采用几乎无压损的热式质量流量计后，每年将节省因克服管损而增加的额外电耗。特别是该厂家为仪化专门设计开发了不停气安装设备后，打破了仪化安装气体流量计就必须停气的历史，极大地方便了各气体用户的使用。