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量热式柴油流量计的原理

2014-01-09 15:53

    量热式柴油流量计按传感器的加热形式有两种类型:恒功率型和恒温差型。恒功率型:加热功率恒定不变,根据测量气体流动时产生的没度差推算质量流量。恒温差型:气体流动时,通过补偿传感丝加热功率来保持它相对于气体的温升恒定,根据补偿的加热功率推算质量流量。
现在量热式柴油流量计有多种结构形式,对于普迫采用的恒功率型,结构布局上也多有差别。下面论述的内容都是指恒功率型,且为热敏传感元件对称、均匀分布形式。

    (1)传感器
    图10-1所示为恒功率传感器,其工作原理是通过在薄壁毛细管中部管壁上的电热丝绕组向传感器管内流动的气体输入一定的热量,同时与电热丝绕组相对称的且阻值相等的两组高阻率、大温度系数的金属测量电阻测量管壁平均温度差。
    结构:薄壁毛细管;R3加热线圈。R1、R2为对称、阻值相等的热敏电阻。
当气体静止时,没有流量,上下游测平均温度相等,T1=T2=Tm,如图10-2(a)所示的Te曲线。当气体流动时,上下游之间产生平均温度差△T=T2-T1,如图10-2(a)中的Td曲线。图10-2(a)表示毛细管内气体处于层流状态;图(b)表示气体处于紊流状态。

温度差△T与气体质量流量qm的关系如图10-3所示。

    当传感器的结构和参数一定时,比例常数α是个常量。
    当加热功率P恒定时,由于一定的气体的摩尔定压热容Cp为常量,这样气体的质量流量与qm度差△T成正比例关系。因而,通过测量温度差实现测量质量流量值。
    在检定流量时,qm满量程取最大温度差△Tmax的60%~70%。
管内受迫流动在层流状态时,雷诺数Red<2000,其速度分布和温度分布如图10-4、图10-5所示。

    气体被管壁加热后形成热边界层,热边界层内的气体温度高于进口截面的气体温度;而热边界层以外至管子中心的区域内,气体沮度乃保持进口截面上的温度。当流体和壁面之间存在热传递时,温度的主要变化发生在非常靠近壁面的区域内,导热系数的影响局限在这个区域内,边界层区域外的流动实际上是无导热和无扩散的。当普朗特准则Pr=1时,热边界层的厚度δt等于流动边界层占的厚度,即两者边界线完全重合。所以,边界层内的速度分布和温度分布曲线重合。
    a.在流量一定时,边界层内的温度不随时间变化,温度是恒定的。
    b.在流量增加时,边界层内的温度T(r,x)在轴向x增加,径向r减小,流量qm与温度差△T成线性关系。
c.随着流量继续增大经过渡区至紊流状态,雷诺数Red>2000,如图10-6所示,边界层为一个紧贴壁面的十分薄的层流底层。温度在紊流区域中混合得十分有效,并且是随时间毫无规律的高频脉动,温度差△T迅速下降。这就是当流量计超过满量程一定范围时流量计显示值下降的原因。

    (2)传感器转换系数
对于不同气体,摩尔定压热容Cp不同:
 

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