热导示流器

中文名热导示流器

原理热扩散原理

类别工业产品

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概述

流量开关主要是在水、气、油等介质管路在线或者插入式安装中起到在流量高于或者低于某一个值的时候触发开关输出报警信号，系统获取信号后即可做出相应的执行单元动作。流量开关分为好几种类型，下面介绍其中一种热导式流量开关。

热导式流量开关是针对水电站冷却系统、润滑油系统流量监测控制而开发的电子产品。该产品基于热扩散原理，根据热扩散的大小检测流量大小，当液体流量超过用户设定值后继电器动作，实现对流量的检测和控制，故而叫热导式流量开关，也有人称做热导示流器、热导流量开关或热导式流量控制器等。其改善了传统机械产品结构复杂、设置值易漂移及小流量状态不稳定的缺陷，可适合多种介质流量监测的场合。

热导式流量开关的优点有抗污能力强，适用于多种介质、耐压高、防护等级(IP)高以及安装简单等。缺点则是响应时间稍长。

目前，随着电子技术的不断发展，热式流量开关已经普遍使用在测量流量的各行各业，如石油化工、电厂、冶金、船厂、电子厂、设备厂、容器罐及锅炉厂等，必将逐步取代传统的机械式流量开关。

原理

当前市场上的热导式流量开关，其实现原理可分为热分布式工作原理和金氏定律侵入式工作原理。本文主要介绍后者，金式定律的实现方法又分为恒功率法和恒温差法。

热分布式工作原理

热分布式工作原理是在测量管外壁上下游各两绕组加热/检测线圈，两线圈通以恒定电流加热，无流量静止时，两线圈中心上下游温度分布处于对称平衡状态，两组检测线圈的电相等，有流量流动时，流体将上游管壁热量带走传递给下游管壁，破坏原平衡状态，线圈电阻产生差异，检测其差值，求得流体质量流量。

金氏定律侵入式工作原理

金氏定律侵入式工作原理是指将两个温度传感器，一般采用热敏电阻，将热敏电阻分别置于管道的流体中，由其中一个铂电阻测得流体本身的温度T，另一铂电阻经一定功率的电热加热，其温度丁，高于T，当流体静止时其温度最高，伴随着管道中流体流量的增加，流体流动带走更多热量使T。温度降低，即可从温度差求取流量值。在基于金氏定律侵入式工作原理的热式质量流量计中，对于铂电阻的加热方式，最常见和应用最广的实现方式为恒功率法和恒温差法。

金氏定律是表征热式质量流量计测量计算所特有的函数，它体现了流量计传感器的热损耗，加热能耗与流体流速，流体特性，管道管径等相关因素之间的线性关系，是TMF热式质量流量计的基础定律。金氏定律的热丝热散失率表述各参量问的关系，如下式所示：

其中为单位长度热散失率，为热丝高于自由流束的平均升高温度，为流体的热导率，为定容比热容，为密度，为流体的流速，为热丝直径。

图1金氏定律的典型模型如图1所示。

恒功率法

图2恒功率加热方式是在加热电路上用一个恒定功率的电能对铂电阻进行加热的，流体介质在静态时，被加热的铂电阻和没有被加热的铂电阻之间的温度差最大，随着流体介质的流动，被加热的铂电阻上温度降低，则两个铂电阻之问的温差减小。基于恒功率原理的热式质量流量计则是通过测量温差的变化来获得流体介质流量的变化的。

如图2所示是将温差信号转变为单片机能够处理的电压信号的测量电路。A1为电桥放大，A2与Rc组成温度补偿及调零电路，A3为增益放大，A4和A5是电压跟随器。电路工作的基本原理为：分别将两支半导体热敏电阻接人惠斯登电桥的两个臂，质量流量信号经半导体热敏电阻转变为电信号，电桥测量电路则将电阻值的相对变化量转换为电桥的不平衡电压输出，送到电桥放大器A1的两个输入端，再经过温度补偿、调零、滤波、线性放大，得到可以接人单片机的电压信号U。

流量为零时，Rc被加热，温度达到最大值，Ra和Rb之间的温差最大，此时Ra的电阻值最小(半导体热敏电阻具有负温度系数)，2点电压最高，1点和2点之间的电压差最大，电路输出U最小。当有流体流经Ra时，Ra温度降低，与Rb问温差减小，电阻值增大，2点电压降低，1点和2点之间的电压差减小，输出U增大。流量越大，Ra的温度降低幅度越大，U值变化越大。通过调整电路参数，使得信号输出范围为0～2．4V。在相同的气体质量流量
下，环境温度改变会导致未加热半导体热敏电阻R。阻值的变化，从而使传感器的输出信号发生改变，引起测量误差。因而必须对由于环境温度变化而引起流量传感器输出信号变化的情况进行修正，即温度补偿。

图3在图3中，Rc为和探头电阻同样的负温度系数的半导体热敏电阻，它与未被加热电阻尺。处于相同的环境中。假设环境温度升高，则t升高，Rb减小，2点电压降低，导致A1输出端3点电压降低，此时Rc的电阻也减小，使4点电压降低。通过试验调整R15，R16使3，4两点的减小幅度相同，经过A2的差动放大抵消温度的影响。图3是测量电路的组成结构图。