[发明专利]一种纯硬件电路的恒功率型热式质量流量计及其标定方法

说明书

本发明公开了一种纯硬件电路的恒功率型热式质量流量计，包括传感器和变送器。传感器包括两个PT1000标准铂电阻、一个OCr₂₁Al₆合金加热元件以及一个质量均衡器组成；变送器包括恒流源电路、信号调理电路、非线性校正电路、4‑20mA电流输出电路以及电源电路，同时，本发明提出一种针对纯硬件电路的恒功率型热式质量流量计的标定方法，通过本发明流量计与本发明标定方法的配合，能精确地测量气体的质量流量。

技术领域

本发明涉及流量测量领域，为一种热式质量流量计，特别是一种用纯硬件电路设计的恒功率型热式质量流量计。

背景技术

热式质量流量计是一种可以直接测量气体质量流量的流量计，具有重复性好、量程比大以及测量精度高等优点，被广泛应用于石油、化工、冶金、核电等行业的气体流量的测量。

近年来，我国大力发展核电，核电发展政策经历了从“适度发展核电”到“积极推进核电建设”的演变，目前已步入“安全高效发展核电”的新时代战略机遇期。核电站因为其特殊性，主控室应急可居留系统在事故发生时自动投入运行，执行安全保障功能，保证事故发生后为主控制室控制人员提供至少72小时的可呼吸空气，因此，需要精确测量主控制室内氧气气体的质量流量。由于其氧气供应处于高压力工况，介质压力大，且具有相关的耐辐射以及抗震要求，针对目前存在的气体流量计的性能以及适用范围，恒功率型热式质量流量计是最佳选择。

目前，国内在建以及投运的AP1000(Advanced Passive PWR，第三代压水堆核电技术)项目中所采用的1E级(核安全等级)热扩散式质量流量计均为进口产品，主要为美国FCI(France Cargo International Company SA，富加宜)公司的LT87产品。当前国内尚无1E级热式质量流量计的研发与应用，不仅影响了我国核电站设备的国产化率水平，而且制约了我国核电站的发展和安全运营。

发明内容

为了打破国外厂商的垄断，同时满足核电站安全等级的要求，本发明针对核电站1E级安全要求，提供一种用纯硬件电路设计的恒功率型热式质量流量计，由传感器和变送器组成。同时，本发明提出一种针对纯硬件电路的恒功率型热式质量流量计的标定方法。

所述的传感器由两个精确匹配的PT1000铂电阻温度传感器(RTD)、一个OCr₂₁Al₆合金加热元件和一个质量均衡器构成，其中，一个铂电阻温度传感器(RTD)用于测量加热元件的表面温度，称为测速元件；另一个铂电阻温度传感器(RTD)用于测量流体温度，称为测温元件。测温元件和质量均衡器封装在一个全金属316不锈钢热电偶探头内，称为测温探头；测速元件和加热元件封装在另一个全金属316不锈钢热电偶探头内，称为测速探头。

所述的变送器由恒流源电路、信号调理电路、非线性校正电路、4-20mA电流输出电路以及电源电路组成。其中，恒流源电路包括两路1mA驱动电流源和一路75mA加热电流源。两路1mA驱动电流源负责驱动测速元件和测温元件，以产生电压信号；75mA加热电流源负责给加热元件以恒功率加热，使得测速元件和测温元件产生温差；信号调理电路包括差分放大电路和低通滤波电路，其中，差分放大电路负责将测速元件和测温元件两端的电压进行差分放大，低通滤波电路滤除放大后电压信号中的高频干扰；非线性校正电路包括模拟倒数、减法运算电路、电压分段电路、模拟幂运算电路以及隔离输出电路。非线性校正电路将经过信号调理电路输出的电压信号进行一系列模拟运算，从而得到与流速成线性关系的电压信号；4-20mA电流输出电路将经过非线性校正电路校正后输出的电压信号转化为与流量成线性关系的电流信号，并进行输出；电源电路包括24V转±15V电路、24V转+10V电路以及24V转±5V电路，为各模块电路供电。

本发明的具体工作过程如下：