اندازه گیری جریان جرم

اندازه گیری جریان جرم حرارتی برای گازها: اصل کار و کاربردهای آن

1اصول کار

اندازه گیری جریان جرم حرارتی بر اساس اصول انتقال گرما کار می کند و جریان گاز را با تشخیص اثر خنک کننده جریان گاز بر روی یک سنسور گرم اندازه گیری می کند. دو روش اصلی اندازه گیری وجود دارد:

روش دیفرانسیل دمای ثابت (CTD)

دو سنسور دمایی (RTD یا ترمیستور) استفاده می شود:

حسگر گرم: در دمای ثابت بالاتر از جریان گاز نگهداری می شود.

سنسور مرجع: دمای گاز را اندازه گیری می کند.

قدرت مورد نیاز برای حفظ تفاوت دما متناسب با جریان جرم است.

روش قدرت ثابت

مقدار ثابت از گرما به سنسور اعمال می شود.

تفاوت دما بین سنسور گرم شده و جریان گاز اندازه گیری می شود که با جریان جرم ارتباط دارد.

معادله اساسی اندازه گیری جریان حرارتی عبارت است از:

Q = frac{P}{c_p cdot دلتا T}

Q: سرعت جریان جرم (kg/s)

P: قدرت گرمایش (W)

c_p: ظرفیت حرارتی خاص گاز (J/kg·K)

ΔT: تفاوت دما بین سنسورها (K)

از آنجا که اندازه گیری جریان حرارتی جریان جرم را به طور مستقیم اندازه گیری می کند، آنها نیازی به جبران فشار یا دمای جداگانه ندارند.

2ویژگی های کلیدی و مزایا

✅ اندازه گیری مستقیم جریان توده ️ نیازی به جبران اضافی PT نیست.

✅ بدون قطعات متحرک ️ نگهداری کم، قابلیت اطمینان بالا

✅ نسبت دور شدن گسترده (تا 100: 1) مناسب برای نرخ جریان کم و بالا.

✅ زمان پاسخ سریع ️ ایده آل برای کنترل جریان پویا.

✅ کاهش فشار کم ️ مصرف انرژی برای کاربردهای گاز.

✅ سازگار با اکثر گازهای غیر خوردنی از جمله هوا، N2، O2، CO2، گاز طبیعی و گاز زیستی.

3محدودیت ها

نیاز به کالیبراسیون مخصوص گاز دقت بستگی به خواص حرارتی گاز دارد (c_p).

- برای گازهای کثیف / مرطوب مناسب نیست - ذرات یا رطوبت می تواند عملکرد سنسور را تحت تاثیر قرار دهد.

محدود به کاربردهای با فشار پایین و متوسط معمولاً < 50 بار

حساسیت به نوسانات دمایی نیاز به شرایط محیطی پایدار

4برنامه های کاربردی مشترک

نظارت بر هوا و گاز فشرده (ابراز نشت، تحلیل مصرف)

اندازه گیری بیوگاز و گاز طبیعی

سیستم های HVAC (کنترل جریان هوا)

صنایع نیمه هادی و شیمیایی (رصد گاز فرآیند)

آزمایش محیط زیست و انتشار گازهای گلخانه ای (معاینه جریان گاز در انبار)

5. سيگنال هاي خروجي و نصب

خروجی های آنالوگ: 4-20 mA، 0-10 V برای ادغام با PLC ها / SCADA.

ارتباطات دیجیتال: Modbus، HART، یا PROFIBUS برای سیستم های هوشمند.

دستورالعمل نصب:

از لرزش لوله و آشفتگی بیش از حد اجتناب کنید.

تضمین مسیرهای مستقیم لوله (5D به سمت بالا، 3D به سمت پایین برای دقت).

نتیجه گیری

اندازه گیری جریان جرم حرارتی، اندازه گیری جریان جرم بسیار دقیق و قابل اعتماد برای گاز ها را بدون نیاز به تنظیمات فشار یا دمای فراهم می کند.و نگهداری کم باعث می شود که آنها برای صنایع صنعتی ایده آل باشند.بهبودهای آینده بر کالیبری چند گازی و افزایش دوام سنسور برای محیط های خشن متمرکز است.