氣體保護(hù)焊焊機(jī)流量計(jì)

質(zhì)量流量控制器傳感器采用微機(jī)械加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微小流量測量，其特點(diǎn)是可靠性高、重復(fù)性好，壓損小，無可動(dòng)部件，量程比寬，響應(yīng)時(shí)間較快，測量精度高，無需要溫度壓力補(bǔ)償，廣泛應(yīng)用于輕工化工環(huán)保及半導(dǎo)體等工業(yè)部門的空氣、氧氣、氬氣、氮?dú)獾葰怏w的檢測和控制。

工作原理：

感熱式芯片技術(shù)是采用大規(guī)模集成電阻的工作，在芯片上，一個(gè)微熱源及分別處于微熱源上下游的溫度傳感器集成在采用MEMS的*工藝制作的鏤空橋面上，采用這這樣的橋式方式制作有利于熱傳導(dǎo)，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間大大提高，當(dāng)傳感器工作時(shí)，微熱源與環(huán)境溫度之間保持一定的溫差（通常是70℃），在芯片周圍形成固定的溫度場分布，如果氣體是單向流動(dòng)，則在氣道中溫度場可用下述公式來計(jì)算:

式中：氣體流動(dòng)方向?yàn)椋?，速度為ｖ，ａ為擴(kuò)散率。如上圖（式）所示，當(dāng)氣體流過芯片時(shí)，將會(huì)帶走熱量，通過質(zhì)量流量qm和電壓V的對(duì)應(yīng)關(guān)系來計(jì)算流體的質(zhì)量流量。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

·產(chǎn)品集成度高，集瞬間流量顯示、累計(jì)流量顯示和信號(hào)輸出一體，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制閥門

·微流量感熱式傳感器采用大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術(shù)和材料加工技術(shù)，使流量計(jì)的微流量測量靈敏度顯著提升

·微小流量氣體測量，ml/min級(jí)的微流量測控，實(shí)現(xiàn)微小流量測量的數(shù)字化

·單個(gè)芯片的流量特性的微處理技術(shù)，使流量計(jì)的量程范圍大大提高

·機(jī)電一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使流量計(jì)具有更好的重復(fù)性，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠

·結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，流量計(jì)的壓力損失達(dá)到*小化

·新的傳感技術(shù)，使流量計(jì)工作更穩(wěn)定、可靠

·零點(diǎn)自校功能，測量更準(zhǔn)確

·多種氣體實(shí)際標(biāo)定，全量程補(bǔ)償

·快速響應(yīng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，配合上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中管理

·規(guī)格齊全，量程范圍寬，可根據(jù)用戶要求單獨(dú)標(biāo)定

·精度等級(jí)高，滿足用戶高精度測量要求

·的流量計(jì)報(bào)警功能，使監(jiān)控更可靠

·操作、設(shè)置界面友好、簡便，可根據(jù)需要自行設(shè)定相關(guān)參數(shù)

·運(yùn)用行業(yè)多，是科研院所、分析儀表行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)、光伏行業(yè)、玻璃鍍膜、石油化工行業(yè)微小氣體流量控制產(chǎn)品升級(jí)換代的優(yōu)選

技術(shù)參數(shù)：

·測量介質(zhì)：各種氣體（乙炔氣和混合氣體除外）

·測量管徑：DN3，6，8，10，12

·流量范圍：30，60，80，100，300，600，800，1000sccm；10，20，30，50，80，100，200，300，500SLPM

·流量測量準(zhǔn)確度：±1.5%FS

·工作溫度范圍：-25℃-55℃

·工作壓力范圍：0.3MPa，0.6MPa，1.0MPa

·供電電源：24VDC±10%；

·輸出信號(hào)：4-20mA，RS485通訊

·環(huán)境溫度：-25℃-55℃

·顯示位數(shù)：瞬時(shí)流量為三位，累積流量10位。

外觀尺寸：

熱式氣體流量計(jì)的研究與應(yīng)用：

介紹了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的測量原理，表頭電路仿真過程和儀表參數(shù)設(shè)置。應(yīng)用兩個(gè)熱電阻傳感器，一個(gè)測流速，另一個(gè)測溫。通過電橋電路調(diào)整兩個(gè)探頭至恒溫差，通過標(biāo)定不同流速下的電橋加熱功率實(shí)現(xiàn)熱式氣體瞬時(shí)流量的準(zhǔn)確計(jì)量。由于儀表電路的復(fù)雜性，采用電路仿真的方法對(duì)電橋電路進(jìn)行測試，針對(duì)不同測溫傳感器的工況溫度值，仿真不同氣體流速下，不同測速探頭的實(shí)時(shí)溫度值，驗(yàn)證了不同瞬時(shí)流量下測溫探頭的加熱功率并不相同且具有標(biāo)定可行性。再以氣體質(zhì)量流量計(jì)為例，詳細(xì)介紹了hualu/華陸熱式流量計(jì)的儀表計(jì)量數(shù)據(jù)和配置參數(shù)。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)具有高靈敏度、高重復(fù)性的工業(yè)計(jì)量儀表，尤其適用于大管徑、低流速的測量場合。

熱式氣體流量計(jì)是一種可以直接測量氣體質(zhì)量流量的流量計(jì)，其具有高重復(fù)性、高可靠性、高穩(wěn)定性和高精度，在測量現(xiàn)場靈敏度高，尤其適用于大管徑、低流速的測量。由于熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)具有壓損非常小、機(jī)械結(jié)構(gòu)多樣、安裝靈活、使用方便諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場氣體的流量測量。依據(jù)《JJG1132-2017熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)》檢定規(guī)程，對(duì)檢定、后續(xù)檢定和使用中檢定做了明確的技術(shù)要求。

1 測量原理

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)探頭有兩個(gè)傳感器，其中一個(gè)溫度傳感器測量管道內(nèi)氣體介質(zhì)的溫度，另一個(gè)為介質(zhì)速度傳感器，通過電加熱作用將速度傳感器的溫度加熱至高于溫度傳感器測量得到的溫度，并且保持兩個(gè)傳感器溫差的恒定。當(dāng)氣體介質(zhì)流動(dòng)帶走速度傳感器上的熱量時(shí)，表頭上的電橋電路為保持兩個(gè)傳感器的溫差恒定，速度傳感器需要額外進(jìn)行電補(bǔ)償加熱，這個(gè)補(bǔ)償?shù)募訜峁β蚀笮『蜌怏w介質(zhì)的質(zhì)量流量成正比。在實(shí)際應(yīng)用中，測溫傳感器通常應(yīng)用Pt1000或者Pt300，測速傳感器一般使用Pt20。由于在t℃時(shí)，兩種傳感器的電阻變化幅度并不相同，這樣就造成電橋的不平衡，導(dǎo)致電橋連接比較器輸入端的電壓不同，從而觸發(fā)新的加熱動(dòng)作。 其中，q_m熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)瞬時(shí)流量值，kg/s;K是流量計(jì)出廠標(biāo)定的修正系數(shù)值；?P熱式流量計(jì)電橋加熱功率，k J/s;C_p測量氣體介質(zhì)的定壓比熱容，k J/(kg.℃)；?t熱式流量計(jì)兩個(gè)傳感器的溫差值，℃；q_VN是氣體介質(zhì)的標(biāo)況體積流量，Nm³/h；ρ_N是氣體介質(zhì)的標(biāo)況密度值，kg/m³。

由式（1）、式（2）可見，對(duì)于不同管徑下的氣體測量，確定氣體介質(zhì)的前提下，通過標(biāo)定修正系數(shù)K值就能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)量。

2 電路仿真

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)采用電橋平衡電路對(duì)測溫和測速兩個(gè)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，以Pt20和Pt1000的組合為例，電橋左邊回路R1+Pt20，電橋右邊回路R2+Pt1000；電阻R1的阻值為4.9Ω，電阻R2的阻值為270.5Ω，測量Pt1000的阻值就可以計(jì)算出測溫傳感器的溫度值。由于通過49Ω采樣電阻和Pt1000的電流相同，分別對(duì)兩個(gè)電阻的電壓進(jìn)行采集，通過比率就可0的電阻值，進(jìn)而計(jì)算出測溫傳感器的溫度值。由于采樣電阻49Ω對(duì)測量的準(zhǔn)確度影響很大，需要電阻具備低溫漂和高精度的特性，在使用的過程中通常需要對(duì)采樣電阻進(jìn)行標(biāo)定，通常是應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱接入Pt1000的位置，計(jì)算出采樣電阻的準(zhǔn)確電阻值與49Ω進(jìn)行比較，后續(xù)將此修正系數(shù)帶入計(jì)算過程。對(duì)熱式橋電路進(jìn)行仿真過程如下：假設(shè)管道內(nèi)空氣介質(zhì)的溫度為20℃，則測溫傳感器Pt1000的電阻值為1077.935Ω。基于上述電橋特性，測速傳感器Pt20需達(dá)到63.67℃（產(chǎn)生43.67℃溫差）才能至電橋平衡，停止對(duì)測速傳感器進(jìn)行加熱。

假設(shè)測溫傳感器Pt1000的溫度恒定在20℃不變，當(dāng)不同流速的空氣介質(zhì)在管道內(nèi)流過測速傳感器Pt20時(shí)，流速越大帶走的熱量越多，即Pt20的溫度越低，Pt20阻值越小。分別假設(shè)Pt20的溫度為25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，其對(duì)應(yīng)的電阻值為21.95Ω、22.33Ω、22.72Ω、23.11Ω、23.49Ω、23.88Ω、24.26Ω、24.65Ω；電橋R1阻值上的電壓值分別為：2.175V、2.145V、2.115V、2.085V、2.058V、2.030V、2.003V和0.419V。由此可見，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)流量越大時(shí)，電橋采樣電阻的電壓值越大，將采樣值與標(biāo)準(zhǔn)流量值進(jìn)行對(duì)應(yīng)就可以實(shí)現(xiàn)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的出廠標(biāo)定。同理，假設(shè)測溫傳感器Pt1000的溫度為70℃（1270.751Ω），測速傳感器Pt20如果達(dá)到平衡停止加熱溫度為119.77℃（恒溫差49.77℃），Pt20在75℃、90℃、110℃下R1的電壓值分別為1.903V、1.834V和1.749V，也驗(yàn)證了上述仿真的正確性。

3 儀表設(shè)置

工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)種類繁多，儀表參數(shù)配置也各不相同，以蘇州華陸儀器儀表有限公司的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)為例，流量計(jì)的接線端子包括：交流AC220V供電、直流DC24V供電；瞬時(shí)流量4m A～20m A信號(hào)輸出、工況溫度4m A～20m A信號(hào)輸出、工況表壓4m A～20m A信號(hào)輸出（有些工況現(xiàn)場并不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，所以熱式探頭并不具備溫度和壓力測量功能），流量當(dāng)量脈沖Pulse信號(hào)輸出；串口RS22數(shù)據(jù)通信接口；繼電器Alarm輸出接口。氣體質(zhì)量流量計(jì)的經(jīng)典型號(hào)是640i和780i系列流量計(jì)，儀表的液晶采用緊湊的點(diǎn)陣式液晶，上電后依次顯示產(chǎn)品版本號(hào)、儀表序列號(hào)、儀表的量程上限、氣體介質(zhì)類型和備注Tag標(biāo)識(shí)。由于LCD的篇幅有限，一個(gè)頁面并不能顯示*所有的儀表計(jì)量數(shù)據(jù)和配置參數(shù)，并且工業(yè)儀表配有防護(hù)外殼，需要設(shè)置菜單的滾動(dòng)顯示是否開啟。熱式流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)包括瞬時(shí)流量、工況溫度、工況壓力和累積流量值，表頭也可以根據(jù)現(xiàn)場的工藝要求設(shè)置上限或下限告警動(dòng)作。

熱式氣體流量計(jì)的氣體介質(zhì)包括：空氣、和氧氣。針對(duì)現(xiàn)場的管道情況，還需要設(shè)置管道內(nèi)徑（出廠標(biāo)定流速換算時(shí)使用，出廠帶管段標(biāo)定流量不使用）、管道內(nèi)壁粗糙度（不同管道材質(zhì)會(huì)影響氣體計(jì)量的準(zhǔn)確度，如碳鋼和不銹鋼的管道下，氣體的瞬時(shí)流量值會(huì)有少許變化）。設(shè)置瞬時(shí)流量單位、工況溫度單位、工況壓力單位、設(shè)定工況壓力值、儀表修正系數(shù)、小流量切除、校準(zhǔn)日期，以及電流輸出通道4m A和20m A校準(zhǔn)，4m A壓力下限值、20m A壓力上限值、4m A溫度下限值、20m A溫度上限值，阻尼濾波值（1～200）。除了通過儀表按鍵設(shè)置參數(shù)之外，也可以通過RS232或者RS485連接儀表配套的上位機(jī)配置軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集記錄和配置參數(shù)的設(shè)置。

4 結(jié)論

本文闡述了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的工作原理，熱式電橋電路的仿真過程和常規(guī)表頭的參數(shù)設(shè)置過程。熱式氣體流量計(jì)應(yīng)用兩個(gè)熱電阻傳感器（分別測流速和測工況溫度），并通過電橋電路調(diào)整兩個(gè)傳感器至恒溫差效果；通過標(biāo)定不同流速下電橋電路的加熱功率，實(shí)現(xiàn)熱式氣體瞬時(shí)流量的準(zhǔn)確計(jì)量；通過采用電路仿真的方法對(duì)電橋電路的復(fù)雜工作過程進(jìn)行了測試，測溫傳感器在不同的工況溫度下，仿真不同氣體流速下測速探頭的實(shí)時(shí)溫度值，驗(yàn)證了儀表標(biāo)定可行性。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是具有較高的靈敏度和重復(fù)性的工業(yè)計(jì)量儀表，尤其適用在大管徑、低流速的工業(yè)場合。