[发明专利]使用热分散技术的质量流量计

说明书

一种采用热分散技术的质量流量计，以及用于确定整个范围内的流体质量流量的方法，高于该范围时，恒定ΔT仪器在增加功率下是可能的，低于该范围时，恒定功率仪器可以提供快速ΔT读数。

技术领域

该装置总体上涉及热分散型质量流量计，更具体地涉及一种自适应系统，以使流量计能够采用适合于任何流体流速的恒定功率和恒定温度差分技术。

背景技术

众所周知，热分散流量计用于测量流体流量，特别是气体的质量流量。虽然可以通过该技术测量任何类型的流体流量，本文的讨论将保持简化，聚焦于气体的质量流量。虽然可以应用其他传感器元件，但为了方便，该讨论将传感器视为电阻式温度检测器(RTD)。

热分散流量计测量通过气体分子的冷却效果。传感器由称为有源元件的加热的元件和称为基准元件的未加热的元件组成。有源元件和基准元件之间的温差(ΔT)与气体的质量流量成比例。

应该注意的是，在这种情况下，流体、气体可以具有许多不同的特性。它们可能是干燥的或有一些水分；气体流动的压力可能差别很大；并且气体可能具有不同的密度，与压力无关。其他变量也可能存在。液体也是如此，它们的密度可能大于或小于水，因此在测量流量时必须考虑这些特性。

通常使用两种主流传感技术。参考图2和3，它们是：

1.恒定功率，其中加热的元件接收恒定功率，并且当质量流量增加时ΔT减小。恒定功率布置允许测量所有流速，包括非常高的流速，可以处理高负载的液体含量，并提供非常稳健的传感信号，而没有波纹或其他干扰的传感信号。这种操作模式的缺点在于，在流速变化非常快的少数情况下，响应时间可能比期望的慢。

2.恒定温差(ΔT)，其中加热元件接收可变功率，该可变功率是维持有源温度传感器和基准温度传感器之间的恒定温差ΔT所需的。这种可变功率允许传感器快速响应流速的变化。这种操作模式的缺点在于，随着流速增加，可以实现加热的传感器的最大功率，超过该功率时读数是不准确的。

恒定功率传感器的相关特性是：

·它可以承受高负载的水分；

·它耐污垢；

·它可以测量非常高的流量；

·它具有扩展的可调范围(最大流量：最小流量)，达到1000：1；

·它具有优异的温度兼容性；

·它允许失效安全操作，因为它可以安全地保护健康的ΔT传感器信号；但是

·它的响应相对较慢，为10到15秒。

恒定ΔT传感器的相关特性是：

·它的响应时间快，约1秒；但

·它不太适合含水分的气体；

·它不太适合高流量；以及

·它的可调范围有限(例如100：1)。

热分散技术特别适用于测量质量流量气体有几个原因。其中包括：

·它可直接测量质量流量；

·它没有活动部件；

·它不会导致压力下降；

·它对低流量敏感；以及

·它具有高可调范围。

发明内容

该构思的目的是创建一种热分散驱动技术，该技术可以在恒定ΔT模式或恒定功率模式下工作。如上所述，恒定ΔT模式提供非常快的时间响应，但在诸如较高流速的一些应用中具有稳定性和准确性问题。恒定功率模式适用于所有应用，但响应时间比恒定ΔT模式慢。