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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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热式气体质量流量计在曝气测量中的应用
珠海康宝莱仪表有限公司
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。康宝莱公司以专业的精神，先进的技术，生产的combine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.combine系列热式质量流量计的工作原理
1.1combine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 combine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 combine-100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.combine-100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°。combine-100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。
combine-100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。曝气量是副调节参数，它是为了稳定主调参数而引入的辅助参数。DO调节器按照主参数与工艺给定值的偏差进行工作，其输出作为风量调节器的给定值，DO调节器在该系统中起主导作用。风量调节器按照流量这一副参数和DO调节器的给定值的偏差进行工作，其输出直接控制调节阀。
在正常情况下，假设进水水量、水质、水温等条件都不变，鼓风机出口压力、曝气量也不变，耗氧速率和充氧速率基本平衡，溶解氧浓度稳定在给定值上。
当某个因素发生变化破坏了上述平衡时，调节器即进行工作。
（1）由于某种原因使风道的流量发生了变化，流量计测量到了这个变化，反应到流量调节器的输入端，这时风量调节器进行及时调节，改变调节阀的开度，如果变化较小，经过此级调节后，在变化未影响到溶解氧参数之前即被克服了。如果变化较大时，由于大部分被风量环节克服，再由大回路进一步调节，以彻底消除由变化受到的影响，使溶解氧恢复到给定值。
（2）由于曝气池的水量或水质等发生了变化，破坏了原来的平衡，使曝气池溶解氧发生了变化，两级调节器同时起作用，加快了调节作用。
（3）如果这种变化使溶解氧、流量都发生了变化，方向相同时，两个调节器对调节阀的控制方向是一致的，加快了调节作用，使超前作用显著，有利于调节质量的改善。变化方向相反时，溶解氧的稳定必须得到保证，必须按照溶解氧的要求进行工作，由于两个调节器的方向相反，抵消后，偏差大大减小，调节阀只要稍稍变动，即可使系统达到平衡。
4.结束语
珠海康宝莱仪表有限公司的combine-100热式气体质量流量计的高可靠性和重复性，以及现场的免维护性，诸多优点使该产品在串级调节系统中发挥的作用日益明显。它的成功使用不但提高了调节系统的性能，也为污水处理质量达标提供了重要保证。
公司一直致力于热式质量流量计的开发和研究，深刻的了解了其在各行各业的应用。同时也更致力于以先进的技术，优质的服务，准确的系统解决方案服务于中国企业。
珠海康宝莱仪表有限公司
联系人：叶先生
Tel:0756-3895798
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