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        氣體質(zhì)量流量與壓力的測量和控制

        2022-04-09 22:31:37孫大勇邱兆軍李晨徐宏光房田董陽
        電子樂園·上旬刊 2022年5期

        孫大勇 邱兆軍 李晨 徐宏光 房田 董陽

        摘要:在氣體濃度監(jiān)測研究中,由于傳感器的非線性,需要不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體樣品來標(biāo)定監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)曲線擬合理論,標(biāo)定點越多,擬合的輸入輸出曲線就越準(zhǔn)確。

        關(guān)鍵詞:質(zhì)量流量;氣體流量計;質(zhì)量流量控制器;

        在全世界無論何種場合,流量、壓力、液位及溫度的測量和控制始終是工業(yè)過程自動化的四大重要參數(shù)。而流量及壓力的測量又是儀表市場中份額較大的一部分,且發(fā)展極其迅速。

        一、氣體質(zhì)量流量測量

        量熱式質(zhì)量流量計的原理。它主要由兩部分即主管路和旁路管測量傳感器系統(tǒng)組成。這樣設(shè)置是為了擴(kuò)大量程,在較寬的流量、壓力和溫度變化范圍內(nèi)保持兩個管路的流量系數(shù)比值恒定,當(dāng)加熱器線圈均勻地加熱氣流時,在上游和下游的敏感線圈之間會產(chǎn)生一個溫度差,這個溫度差值正比于被測介質(zhì)的質(zhì)量流量,溫度差信號的輸出是依靠一個電橋輸出一個電壓信號。

        量熱式氣體質(zhì)量流量計測量流量遇到的困難。(1)氣體介質(zhì)。量熱式氣體質(zhì)量流量計對于被測量的氣體介質(zhì)要求是下燥的、純凈的氣體介質(zhì),而這一要求是由于其測量原理及結(jié)構(gòu)決定的。如果被測氣體介質(zhì)含水分、油質(zhì)等其它物質(zhì).就會造成正比于被測介質(zhì)的質(zhì)量流量的溫差改變,如水解氧氣、液態(tài)氨蒸發(fā)氨氣+直接測量將會導(dǎo)致測量精度下降。,如果氣體介質(zhì)含有油等雜質(zhì),它會造成傳感器堵塞.直接影響測量結(jié)果。(2)介質(zhì)溫度。量熱式氣體質(zhì)量流量計對被測氣體介質(zhì)溫度有一個適應(yīng)范圍,一般是在0—65“C之間,對于低于口c以下的溫度,或高于1000C以上的溫度,正比于被測介質(zhì)的質(zhì)量流量的溫差信號輸出已無法保證。(3)測量量程。旁路分流式的質(zhì)量流量計,其前提是主管路與旁路流量比率恒定。在一定的測量量程內(nèi).采用一定的技術(shù)形式可以保證這一點。量熱式氣體質(zhì)量流量計,測量量程范圍一般在最小量程可測量5毫升/分鐘(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下),最大滿量程100升/分鐘(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),但如果測量量程加大。如測量質(zhì)量流量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下幾千升/分鐘以上,其測量管道結(jié)構(gòu)將加大。如果要保證主、旁管路流量比率恒定,其結(jié)構(gòu)_[藝復(fù)雜,成本增加。(4)介質(zhì)壓力。在一些要求沒有介質(zhì)壓力損失的質(zhì)量流量測量場合中,量熱式氣體質(zhì)量流量計,由于分流式的傳感結(jié)構(gòu),會產(chǎn)生一定的壓力損失,盡管很小,還是會對介質(zhì)壓力變化產(chǎn)生一些影響。

        二、氣體質(zhì)量流量控制

        氣體質(zhì)量流量控制器原理。質(zhì)量流量控制器不僅能測量氣體的質(zhì)量流量,更重要的是它能控制流量。根據(jù)用戶的指令,質(zhì)量流量控制器自動調(diào)整流量,實時跟蹤設(shè)定值,既可按照一定的速率[毫升(升),分鐘]變化,亦可長期穩(wěn)定在任一設(shè)定值,保證設(shè)定流量恒定。2.SY一93系列、SY一93B系列氣體質(zhì)量流量控制器。SY一93系列氣體質(zhì)量流量控制器是由北京圣業(yè)科技發(fā)展有限公司開發(fā)生產(chǎn)的專用于氣體流量控制的產(chǎn)品,其控制最小設(shè)定點為0.5毫升,分鐘(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),最大控制設(shè)定點可為100升,分鐘(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài));動態(tài)響應(yīng):快速響應(yīng)時間為3-6秒;軟啟動方式:12—15秒。SY一93B系列氣體質(zhì)量流量控制器是圣業(yè)公司推出的大于100升,分鐘(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))的流量控制器。

        三、氣體壓力測量

        壓力測量的基本方法。(1)應(yīng)變式。金屬應(yīng)變式傳感器的歷史較長,它是用粘接劑將金屬絲或金屬箔制成的應(yīng)變片粘貼在彈性元件上,通常由粘貼在不同位置4個應(yīng)變片組成一個惠斯登電橋,4個應(yīng)變片分別感受正負(fù)應(yīng)變??梢詽M足一般的精度要求,但由于應(yīng)變片是粘到彈性元件卜的,當(dāng)溫度變化時,由于彈性元件、粘接劑和應(yīng)變片的熱膨脹系數(shù)不相同,會使應(yīng)變片產(chǎn)生一個附加的應(yīng)變,從而影響測量精度。(2)壓阻式。壓阻式傳感器是采用集成電路制造技術(shù)在半導(dǎo)體基片上直接生成擴(kuò)散電阻并組成電橋,半導(dǎo)體材料通常為硅材料,所以壓阻式傳感器又常稱為擴(kuò)散硅壓力傳感器。由于采用了集成電路生產(chǎn)技術(shù),這類傳感器非常適合大批量生產(chǎn),成本也很低.壓阻式傳感器面臨的主要問題是受溫度影響較大(3)電容式。電容式傳感器的轉(zhuǎn)換原理可用一個平行平板電容來說明,若忽略邊緣效應(yīng),平行平板電容的電容值可表示為:C=e·s/dc為板極間介質(zhì)的介電常數(shù);s為兩極板的覆蓋面積;d為極板間距。電容式壓力傳感器通常由由一個固定極板和一個可動極板(同時也是彈性元件)構(gòu)成可變電容,當(dāng)壓力作用于可動極板時,可動極板產(chǎn)生變形,電容兩極板的間距發(fā)生變化,電容量發(fā)生改變,檢測電容的變化量即可得到被測壓力的大小。

        壓力傳感器種類。壓力傳感器技術(shù)歷史悠久,技術(shù)成熟,因而應(yīng)用得非常廣泛,它不僅能測量壓力,還能測量多種物理量。

        SMI微壓傳感器。為了填補企業(yè)使用的精度要求與大宗應(yīng)用的精度間的空檔,最近研制成功一種超低壓(o.15psi)的滿度壓力傳感器。傳感器可在極低的壓力下工作,能可靠分辨出百萬分之二大氣壓的壓力變化。在設(shè)計傳感器機械部分時,利用了一種新方法。

        4.1SMI微壓傳感器的結(jié)構(gòu)及原理。SMI廉價的壓阻式、超低壓傳感器成功的關(guān)鍵是它的創(chuàng)新的物理刻蝕設(shè)計。一般來說,硅壓力傳感器芯片采用扁平膜來測量壓力。

        5.氣體壓力控制。在許多領(lǐng)域中,對壓力進(jìn)行控制的方式多見于各種手動調(diào)節(jié)閥,配以各種標(biāo)準(zhǔn)或精密的壓力表來完成對壓力的監(jiān)控。該方式雖然簡單,但在科技飛速發(fā)展、過程控制高度集成化的今天,已不能滿足要求.為適應(yīng)過程控制計算機全面管理的要求,也形成了一種壓力電子控制方式,其形式采用壓力傳感器,電磁控制閥、聯(lián)接PID電子線路,實施對壓力的監(jiān)控。

        總之,SY一94系列壓力控制最小設(shè)定值可達(dá)50Pa,控制精度可達(dá)0.1%。SY一94系列壓力控制器還可以與sY一93系列質(zhì)量流量控制器配套使用,可全面提高各類系統(tǒng)設(shè)計的自動化控制程度。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙健,質(zhì)量流量比法配制標(biāo)準(zhǔn)氣體.2019.

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