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全面解说新宝2操作原理、组成结构、校准、缺点以及限制

作者: 来源: 发布时间:2019-08-09 14:42:20


      风寒是任何曾经生活在寒冷环境中的人常见的现象。当环境空气温度远低于身体温度时,热量会从身体转移到周围空气中。如果没有微风将空气移过你的身体,那么身体周围的空气分子就会开始变暖,因为它们会吸收身体的热量,从而降低热量流失的速度。然而,如果甚至有轻微的空气流过你的身体,你的身体就会接触到比其它更冷(未加热)的空气分子,从而导致更大的热量损失。因此,您对周围温度的感知将比没有微风时更冷。
      我们可以利用这个原理来测量质量流速,方法是将一个受热物体放在流体流动的中间,并测量流动的流体从被加热物体中流出的热量。受热物体经历的“风寒”是真实质量流速(而不仅仅是体积流速)的函数,因为热损失的机制是流体分子与受热物体接触的速率,每个分子都有确定的质量。
新宝2操作原理
      最简单的新宝2,用于测量空气速度。新宝2由金属线组成,电流通过该金属线加热。电路监视该导线的电阻(与导线温度成正比,因为大多数金属具有一定的电阻温度系数)。如果通过电线的空气速度增加,则更多的热量将从电线中吸走并导致其温度下降。电路检测到这种温度变化,并通过增加通过电线的电流进行补偿,使其温度恢复到设定值。将热线保持在恒定的高温所需的电功率量是通过线的质量空气流速的直接函数。

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      在汽车发动机控制应用中使用的大多数质量空气流量传感器采用该原 对于发动机控制计算机而言,重要的是测量质量空气流量而不仅仅是体积空气流量,因为即使空气密度由于高度变化而变化,保持适当的空气/燃料比也很重要。换句话说,计算机需要知道每秒有多少空气分子进入发动机,以便正确计量进入发动机的正确燃料量,以实现完全和有效的燃烧。“热线”质量空气流量传感器制造数量简单且成本低廉,这就是它在汽车应用中普遍使用的原因。
新宝2组成结构
      工业新宝2通常由一个特殊设计的“流量管”组成,内部有两个温度传感器:一个是加热的,另一个是未加热的。加热的传感器用作质量流量传感器(随着流量增加而冷却),而未加热的传感器用于补偿过程流体的“环境”温度。
      典型的新宝2出现在下面的照片中(注意特写照片中的旋流叶片,旨在将大规模湍流引入流动流中,以最大化流体对加热的传感器元件的对流冷却效果):
      新宝2非常适合“插入”式探针,感应流体分子在流动流中的一个点处的通过。在接下来的两张照片中显示了一个例子,其中新宝2(由Sage制造)检测发送到火炬的气体量。插入探头出现在左侧照片中(安装在垂直扩口管中),而发射器头出现在右侧照片中(位于受天气影响的建筑物内):
      新宝2的简单结构允许它们以非常小的尺寸制造。下图显示了一个小型设备,它不仅是一个质量流量计,而且还有一个带有内置节流阀机构和控制电子设备的质量流量控制器。为了给你一种规模感,在这个装置的左侧和右侧看到的管接头是1/4英寸,使这张照片几乎全尺寸:
新宝2校准
      校准新宝2的一个重要因素是过程流体的比热。“比热”是将标准量物质的温度改变某一特定量所需的热能量的量度。某些物质具有比其他物质更高的比热值,这意味着这些物质能够吸收(或释放)大量的热能而不会经历很大的温度变化。
      具有高比热值的流体可形成良好的冷却剂,因为它们能够从热物体中除去大量热能,而不会经历温度的大幅升高。由于新宝2的工作原理是对流冷却,这意味着具有高比热值的流体将引起新宝2的响应大于具有较小比热值的流体的完全相同的质量流量(即流体不如冷却液好。
      这意味着我们必须知道我们计划用新宝2测量的任何流体的比热值,我们必须确保其比热值保持不变。因此,新宝2不适用于测量化学成分可能随时间变化的流体流的流速。这种限制类似于用于静水测量容器中液体水平的压力传感器:为了使这种液位测量技术准确,我们必须知道液体的密度,并确保密度将是不断变化。
      新宝2是简单可靠的仪器。虽然不像科里奥利质量流量计那样准确或容忍管道干扰,但它们的价格要便宜得多。
新宝2缺点
      新宝2的最大缺点可能是它们对过程流体比热变化的敏感性。这使得任何新宝2的校准仅针对一种流体组合物。在诸如汽车发动机进气流的一些应用中,其中流体成分是恒定的,这种限制不是一个因素。然而,在许多工业应用中,这种限制严重到足以禁止使用新宝2。用于新宝2的工业应用包括天然气流量测量(非贸易转移),以及已知组合物非常稳定的净化气流(氧气,氢气,氮气)的测量。
新宝2限制
      新宝2的另一个(潜在的)限制是一些设计对流动状态变化的敏感性。由于测量原理基于通过流体对流的热传递,因此影响对流传热效率的任何因素将转化为质量流率的感知差异。在流体力学中众所周知的事实是,湍流在层流时比层流更有效地对流热,因为层流流的“分层”性质阻碍了跨流体宽度的热传递。
      在一些新宝2设计中,加热金属管的壁用作由流体冷却的“热”元件,并且来自加热管壁的层流流传递的热量与湍流流之间的差异可以太棒了 因此,流动状态的变化(从湍流到层流,反之亦然)将导致这种新宝2设计的校准偏移。

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