图1 热膜式风速变送器的敏感元件结构图

每个工厂的公用工程系统几乎都要涉及到压缩空气，压缩空气质量的好坏会影响生产装置的运行，因此越来越多的工厂对压缩空气的测量提出了更高的要求。本文将介绍E+E公司的新型压缩空气质量流量变送器，及在其基础上形成的压缩空气测量综合解决方案，是如何使压缩空气的测量变得更加简单。

压缩空气几乎涉及到每个工厂的公用工程系统，它是工厂生产的一个重要环节，压缩空气质量的好坏，不仅影响生产装置的运行，也是目前能源综合管理系统重点关注的对象，越来越多的工厂项目对此提出了技术要求，除了传统的温度、压力和流量外，特别对标准状况下的体积流量、质量流量、露点和洁净度等指标，提出了更高的要求。针对现场反映的情况，E+E公司在原有工业级热膜风速变送器的基础上，研发了新型的压缩空气质量流量变送器，并在此基础上，形成了一个压缩空气综合测量解决方案，使得压缩空气的测量变得更加简单容易，同时，又最大限度地提高了现场仪表维护的工作效率。

图2 热膜式压缩空气流量变送器的工作原理图

热膜风速变送器的工作原理

热膜式风速变送器被广泛应用在各类空调系统中，由于没有运动部件，这类变送器可靠性高、长期稳定性好，在没有严重污染和腐蚀的条件下，能准确测量工作点的气流速度，其敏感元件的结构图如图1所示：

在玻璃基片上，分布着两个电阻，一个电阻测量环境温度Ta, 称为测量电阻，一个电阻通以电流被加热，其表面温度为Th，称为加热电阻。温度Th的大小取决于流过加热电阻电流的大小，一个恒定的电流I对应一个恒定的温差Th-Ta，当敏感元件的表面流过气流后，热量被气流带走，假设风速为V加热电阻表面的温度Th会降低，如果此时仍要保持原有的温差Th-Ta,则必须提高流过加热电阻的工作电流，这样风速V就与加热电流，即加热功率形成了对应关系，通过测量加热所需的能量，就能达到测量风速的目的。当然变送器实际工作时，还要综合考虑空气密度、导热性能、运动粘度、热容量等物理量对风速测量造成的影响。总的来讲，基于热力学分子流量的热膜式风速变送器，属于插入式风速变送器，调整探头的插入深度就可以测量被测点的风速，同时当测量管道中带有压力时，输出的是标况条件下的气流速度。

图3 EE771压缩空气质量流量变送器的探头

在测量压缩空气方面，插入式的热膜传感器仍有许多的不足：

插入深度不同，测量结果就会不同；

迎风的角度变化到一定程度时，就会对测量造成影响；

对管道的形状和安装的前后直管段有要求；

无法输出标况下体积流量、质量流量和累积流量。

图4与球阀配套使用

热膜式压缩空气流量变送器的工作原理

为了解决上述测量中的不足，E+E针对压缩空气的流量测量，提出了一个新的解决方案，如果将风速探头固定在一个加工好的管道截面的中央，而管道截面是固定不变的，这样根据测得的标况风速再乘以这个面积A，修正后，即能测量出标准状况下的体积流量，，再乘以标准状况下的气体密度，就能同时得到质量流量，这就是基于热力学质量流量测量原理的EE771系列压缩气体流量变送器的工作原理。

在准确计算仪表管道的横截面积和充分保证上下游直管段后，EE771的精度得到了很大的提高，特别是1:400风速的量程比，极大地提升了仪表的技术性能，保证了对气流系统的精确测量。每套压缩空气流量计，都在流量校验台上完成测试，使得质量流量的精度达到±2.5%。

图5 球阀阀芯中间安装测量探头

标况下的流速测量范围可达 0.2~200 Nm/s。EE771可以用于测量压缩空气、氮气、氦气、氩气、氧气和其他的非腐蚀性气体。通过USB接口，使用PC即可对变送器进行组态设置，对其进行特定的测量要求设定。

EE771压缩空气质量流量变送器的结构特点

1．对测量探头进行了全新的设计。

将测量单元和校准电路集成于探头中，并同时保存校准数据，探头可以非常方便的进行更换，任何一个探头都能与任何一台变送器本体之间进行数据传输。对变送器校准时，只需对探头进行校准即可。探头的插入深度固定，没有来回移动的余量，确保了维修后数据测量的一致性。

图6 不同管径下的安装方式

2．探头的侧面带有固定锁扣，用以确保测量的角度，这种特殊设计的机械结构，将测量探头固定，使其插入深度和位置被锁定，每次安装后，探头均被保持在同一位置。

3.  与球阀的配套使用，如图4、图5，使得探头安转和拆卸非常方便，探头的校验和维护不会影响压缩机的正常运行，不会中断工艺流程。

4.  EE771质量流量计的管径分为DN25 和DN50 两种常用规格，如图6，DN50以上至DN250的管径，按用户的要求订制，流量变送器的本体采用对夹法兰结构进行安装固定，以保证良好的密封效果，对夹法兰作为变送器本体的一部分，随设备一起提供。

图7 将各类变速器集中安装在测量腔体上

5.对于采用对夹法兰安装的流量计，在本体安装流量探头的同时，还可以将低湿露点变送器、压力变送器安装在变送器的本体上，如图7，这样不仅方便施工，而且有利于设备的日常维护，对于大口径的压缩空气管线，这种将各种测量仪表集中在一台设备上的解决方案，更便于设备的维护和管理。