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热式气体质量流量计在曝气测量中的应用

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发表于 2020-1-3 15:16:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
热式质量流量计是基于热扩散原理而研制的,自这种流量计投放市场以来,立即以它显著的特点,优良的品质受到业界广泛的赞誉,并迅速得到了应用。DCSY公司以专业的精神,先进的技术,生产的QFM系列热式质量流量计正式投放中国市场以来,在石油、化工、环保、天然气、电厂、暖通、医药等领域得到了广泛的应用,尤其是在烟道气体处理和污水处理行业的曝气的测量方面得到了更广泛的应用。下面就热式质量流量计的原理、特点、技术实现及在曝气中测量的解决方案作一陈述。

1.QFM系列热式质量流量计的工作原理
1.1 QFM系列传感器的工作原理

传感器分三种:铠装的316L、哈氏合金;陶瓷封装;玻璃封装。

原理分两种:恒温法;恒功率法
三种传感器的材质虽然不同,但实现的原理是相同的。
1.1.1恒温差法
探头有两个探针,一个是加热探针,内含高精度PT20电阻;另一个是基准探针,内含高精度PT1000电阻。加热探针测量风速;基准探针测量风速的温度。
我们知道,热式质量流量计是基于热扩散技术的。插入到流体中的探头,由于受到介质流动速度的影响,受加热的流量探针的热量会损失,那么,它的热量损失与流速的关系可用下列数学模型表达:
P/△T=A+B(Q)m ------------(1)

其中:P表示消耗功率,△T表示两个探针之间的温度差,Q表示质量流量,m表示指数系数,A、B是与气体物理性质有关的常数。 从公式(1)可以看出加热探头的功率与温度差的比值就是流体的质量流量。如果我们把△T保持不变,根据消耗功率与流体的质量流量关系来测量流体的流量,这种方法我们就称为“恒温差”法,它的优点就是:在小流量点非常灵敏,最小可以到0.05m/s,而且有很好的线性度;流速响应快,最小可达250ms。量程比宽,一般都大于500:1,但这种原理也有缺点,90m/s以上量程段灵敏度较差,这也取决于传感器的制作工艺水平。
1.1.2恒功率法
从上式(1)可以看出:如果我们把消耗功率P固定,根据温度差与流量的关系可以,我们可以测量流体的质量流量,称为“恒功率”法。它的优点是:在10m/s以上的量程段有较好的灵敏度和线性度;缺点是流速响应的时间较慢,典型为为5s。

铠装传感器: 抗腐蚀,抗脏,耐磨,高温;主要应用在污水处理行业、烟道气体处理系统。
陶瓷封装传感器:抗腐蚀,抗脏,耐磨,主要应用在暖通空调领域
玻璃封装传感器:抗腐蚀,抗脏,耐磨,主要应用在暖通空调领域、大气气体分析等领域。
1.2 QFM系列热式质量流量计的实现原理

流量计的设计基于是模块化设计、全密封、便于安装拆卸的理念。从上述框图的实现我们可以知道:电子单元模块有四块板层叠在一起,分端子板、电源板、CPU板、显示板。
可以实现流速信号通过传感器探头经过引线补偿电路,经信号调理电路进行12位A/D变换,数字信号进入CPU微处理器系统,经过CPU的处理,实现了对流体质量流量的测量与控制。同时也可以通过RS232或RS485来实现远程计量与控制。

1.3 QFM200热式质量流量计的特点

▲ 专家高温、高湿、变组分算法
▲ 在线校正
▲ 宽量程比1000:1
▲ 大口径、低流速
▲ 低压损
▲ 无须温压补偿直接测量质量流量
▲ 低流速高灵敏度
▲ 恒功率和恒温差技术
▲ 标准溯源至国家标准

2.QFM200气体质量流量计的安装和接线

要保证测量系统的精度要求,除了要求所配接的仪表精度外,正确的安装也起着一定作用。原则上安装应遵循传感器探头垂直与管道,若现场不允许,倾斜角度不得大于±10°。QFM200热式质量流量计的电流输出(标准的4~20mA)是有源的。分两路输出:一路是流速信号;另一路是介质温度信号。如果现场干扰大,可配接信号隔离器。一方面起隔离现场的干扰信号,保证后接仪表或计算机系统的稳定;另一方面,也起着把信号从有源到无源的转换作用,更便于与PLC、采集卡对无源信号的需求。
QFM200热式气体质量流量计的优点是不但可以测量流体流量和温度,而且还可以输出控制接点。

3、鼓风曝气系统串级调节的实现

污水处理厂曝气池的溶解氧是污水处理系统的关键参数,要控制在一定的浓度。过量的曝气会使能耗增高,增加污水处理费用,曝气不足会使溶解氧降低,不利于水中微生物的生长,最终会影响污水处理的效果。溶解氧浓度同进水水质、温度、压力、曝气量等有着非常密切的关系,当这些外界条件发生变化时,溶解氧浓度也随之发生变化。在上述的因素中,只有曝气量是可以控制的,因此以溶解氧为反馈环节的闭环系统中,引入风量调节,实现溶解氧、风速串级调节,会使效果更佳。

鼓风曝气系统的串级调节

在图中可以看出,溶解氧(DO)调节器和风量调节器实现串接工作,DO调节器的输出是作为风量调节器的给定值,由风量调节器控制调节阀动作。DO作为主调节参数,它是为了工艺要控制的指标。曝气量


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