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图10-11 S710-MULTOR型多组分红外线气体分析仪结构原理图 MULTOR多组分红外模块+OXOR-P顺磁性氧模块(或OXOR-E电化学氧模块),可测量3个红外吸收组分(SO2、NO、CO、CO2等）和O2。10-32 图10-11是S710-MULTOR型多组分红外线气体分析仪结构原理图，试简述其工作原理。 答：S710-MULTOR型多组分红外线气体分析仪属于不分光（非色散型）双光路红外分析仪。它的检测器中有两个接收气室；前接收气室后接收气室，前、后气室串联布置,薄膜电容器位于接收室下方。仪器的信息处理和恒温控制等有微机系统完成。S710-MULTOR的工作原理和采用薄膜电容检测器、串联型接收气室的双光路红外分析仪基本相同，不同之处如下。(1） MULTOR多组分红外棋块最多可分析3种组分。当分析烟气中的SO2、NO、CO、含量时，检测器的接收气室中充有多种气体，包括SO2、NO、CO、H2O和N2。光路中有一个干涉滤波片轮，在步进电机的控制下，能顺序地进入光路，当某一滤光片(如SO2滤光片)进入光路时，整个光学部件就如同一个SO2分析模块。在工作过程中，滤光片轮将SO2、NO、CO、H2O四种滤光片交替送入光路，检测器相应输出SO2、NO、CO、H2O四个组分的浓 度信号。S710的数据处理程序，将这些信号转换成浓度信号输出，同时对它们之间的相互干扰进行修正。MULTOR检测器的前接收气室光程较短，只能吸收光谱的中心部分，后吸收气室采用光锥结构，使前室未被吸收的光谱在后室全部被吸收掉，由于不同气体吸收光谱的重叠部分是在吸收谱带的边缘部分，通过选择合适的填充气体浓度，可以使重叠部分的光谱在前室的吸收等于后室的吸收。两者在薄膜电容器上的作用方向相反，相互抵消。测量H2O的目的是为了消除其对其他待测组分的影响，因为H2O的红外吸收频带较宽，对其他待测组分如S02会产生交叉干扰，这种交叉干扰不仅发生在吸收谱带的边缘部分，而且往往发生在吸收頻 带的中间部分，难于用上述前后气室相互抵消的办法将其除掉，只有通过数据处理程序对其进行修正。（2）MULTOR分析模块光路中插入了一个校准气室轮，校准气室中填充一定浓度的被测气体，产生相当于满量程标准气的气体吸收信号，可以不需要标准气就实现仪器的定时标定。标定时，传动电机将相应的校准气室送入光路，此时仪器的测量池必须通高纯氮气。为了检査校准气室是否漏气，每半年或一年仍然要用标准气进行一次对照测试。10-33 西门子公司ULTRAMAT23型多组分分析仪也是我国CEMS系统中常用的一种分析仪。图10-12为ULTRAMAT23型多组分分析仪内部气路图。试说明其分析流程和工作原理。答：被测样气由入口 1、2进入，首先经膜式过滤器5除尘除水。流路中的压力开关9用以监视样气压力，当压力过低时发出报警信号；浮子流量计8显示样气流量。供维护人员观察；限流器12起限流限压作用；凝液罐13分离可能冷凝下来的液滴，以保 护分析器免遭损害。 173 答：Uras14型多组分分析仪中有两个红外分析模块和一个氧分析模块，可测量三个红外吸收组分和氧的含量。 红外分析模块采用不分光红外吸收原理，双光路系统，薄膜电容检测器。检测器中的接收气室采用前、后气室串联布罝，薄膜电容器位于接收气室的侧方。图的下部为单组分红外分析模块，上部为双组分红外分析模块。上部的双组分红外分析模块中有两套薄膜电容检测器，其两组接收气室串联连接在一起，分别接收不同辐射波段的红外光束，分析不同的组分。在两个红外分析模块光路中各插入一个校准气室轮，校准气室中填充一定浓度的被测气体，产生相当于满量程标准气的气体吸收信号，可以不需要标准气就实现仪器的定时标定。标定时，传动电机将相应的校准气室送入光路，此时仪器的测量气室必须通高纯氮气。 氧分析模块的工作原理是电化学燃料电池。10-35 如何测定烟气中的NO2含量？ 答：红外线气体分析仪只能测NO含量，而不能测NO2含量。如果想用红外分析仪测定NO2含量, 则需增加一套转化装置，将NO2转化成NO，再用 红外分析仪进行测量。测量方法如下：烟气经两路（或两次）测量，一路测烟气中的NO，另一路测经转化器转化后以NO计的NO2和NO的总和，即NOx，则NO2=NOx-NO，从而测得NO、NOx 、NO2各自含量（NOx通常包括NO2和NO2，即NOx= NO+NO2）。目前较多采用的转化反应为钼催化还原反应： 反应转化率96%，钼催化剂经再生可反复174个辅助电阻组成惠斯通电桥。热丝电阻通电加热至一定温度，当有气体流过时，带走部分热量使热丝元件冷却，电阻变化，通过电桥转变成电压信号。氧分析模块的工作原理是电化学燃料电池。10-34 图10-13为只H&B公司Uras14型多组分分析仪内部气路图，请说明其结构型式和工作原理。 1,2样气/标准气入口；3吹扫入口（用于机箱和切光片吹扫）；5膜式过滤器；8浮子流量计；9压力开关； 10测量气室；11氧测量池；12限流器；13,14凝液罐；15微流量检测器和接收气室；17,18气体出口 样气经上述处理后，送入分析器进行分析。该仪表中有两个红外分析模块和一个氧分析模块，可测量两个红外吸收组分和含氧量。分析后的样气经凝液罐14，携带冷凝液一起排出分析仪。红外分析模块采用不分光红外吸收原理，单光路系统，微流量检测器的接收气室串联布置。其工作原理如下。红外光源被加热到600oC 时发射出红外线，由切光片调制成频率为81/3HZ的间断光束，经测量气室后进入检测器的接收气室，接收气室由填充了待测组分的两层气室串联组成，第一层吸收红外辐射波带中间位置的能量，第二层吸收边界能量，两者之间通过微流量传感器连接在一起。当切光片处于“接通” 位置时，一层接收气室填充的待测组分吸收红外辐射能量后，受热膨胀，压力增大，气流经毛细管通道流向二层接收气室；当切光片处于“遮断”位置时，一 层气室填充气体冷却收缩，压力减小，二层气室的气流经毛细管通道反向流回一层气室。切光片交替通 断，气流往返流经微流量传感器，便在检测器电桥两端产生了交流波动信号，信号幅度大小与流经传感器的气体流量成反比，即与待测组分的浓度成反比。接收气室采用串联型结构是为了消除干扰组分对 测量结果的影响。在接收气室中，除填充待测组分外，还根据被测气体组成填充一定比例的干扰组分。干扰组分在一、二两层气室中对红外辐射的吸收，产生的压力作用方向相反，相互抵消。微流量检测器是一种测量微小气体流量的检测器件。其传感元件是两个微型热丝电阻，和另外两图10-12 ULTRAMAT23型多组分分析仪内部气路图图10-13 Uras14型多组分分析仪内部气路图使用，再生反应为：当红外分析仪未配备转化器时，还可以根据经验方法推算出NO2含量。NO2在中NOx通常占5%左右，用红外分析仪测得NO含量，设NO在NOx中占95%，根据NO2=NOx-NO，可计算出NO2的 近似含量。10.2.2 稀释抽取法连续监测系统10-36 试述稀释采样原理。答：稀释采样采用气流喷射泵（ejector pump）抽吸烟气，用干燥压缩空气作气流喷射源及稀释气，压缩空气主气流在喷射泵的一级喷嘴和二级喷嘴之间的空间内产生一个负压，此负压将烟道内的烟气经限 流小孔抽入，并与主气流混合稀释后经管线输送至分析仪中。经理论分析，当限流小孔满足临界条件，即限流小孔上游压力与下游压力满足下述关系时孔板达到临界状态，在临界状态下，流体通过孔板 的流量被限制在声速，此时流过小孔的流最不再与 小孔两侧的压差有关，体积流量保持为恒定值，其 流量为式中 流过小孔的体积流量； C比例常数； A小孔的面积； p烟气进入小孔处的压力； T烟气的热力学温度。限流小孔也称为声速孔、临界孔。稀释后气体的流量与流过小孔的烟气流量之比就是稀释采样的稀释比。显然，P和T对Q有影响，高精度的稀释采样器必须修正烟气压力和温度变化对稀释比造成的影响。 10-37 什么是稀释比？如何选择稀释采样的稀释比？ 答：稀释比是指稀释后气体的总流量与采样烟气流量之比，设稀释空气流量为Q1，采样烟气流量为 Q2，则稀释比r为 通过调节稀释空气的压力（即调节其流量）可以 调整稀释比r，r的范围可以从12 ：1到350 : 1，通常多选择在100：1到300：1之间。稀释比的选择应漪足以下条件：（1）所用分析仪 的量程；（2）保证在最低环境温度下气体管路不结露（根据最低环境温度和烟气湿度决定）。 10-38 图10-14是内置式稀释采样器（稀释采样探头）结构图，试述其中各部分的作用。图10-14 稀释采样探头结构图1粗网过滤器；2石英毛细过滤器；3限流小孔（Pyrex）；4烟气样品管路；5文丘里抽吸器；6服务管路；7法兰；8稀释用压缩空气管路；9真空管路；10稀释后样品管路答：稀释采样探头的所有部件装于耐热耐蚀的Fe-Ni-Cr合金钢（如Inconel600，Hastelloy C-276)筒中，通过安装法兰7固定于烟道中。筒的前端装有一粗网过滤器1，可除去烟气中的大颗粒物。接着安装一带有前置细过滤器（石英毛细过滤器2）的限流小孔3，限流小孔3通过烟气样品管路4与文丘里抽吸器5相连。 稀释用压缩空气经管路8引入，稀释后的样气经管路10输送至分析仪。服务管路6的主要作用是将校准用标准气送至探头中，它还是反吹空气的引入管路，用以将过滤器1和2上的沉积物吹掉，另外，也可监视烟道中的压力。真空管路9的作用是用于监视采样探头中由气流喷射泵产生的局部真空度。稀释探头采样系统需要一个探头控制器（图中未 画出），其功能是：（1）向探头提供压缩空气，并监视其压力及喷射泵的真空度，以保持规定的稀释比；（2） 向探头输送标准气，操纵分析仪进行零点及量程校准；（3）定时对探头进行反吹冲洗。10-39 图10-15是外置式稀释采样器结构原理图，试述其采样过程。答：烟气通过自循环泵吸入并返回烟道（自循环泵利用烟气和环境空气之间的压力差工作），烟气经惯性过滤器进入复合过滤器组件，过滤后的烟气通过声速限流孔进入喷射泵与稀释空气混合后，由样气导引管输入分析仪。仪器校准时，标准气由图中相应管路引入。临界状态监测管路与电子真空监测器相连，用以监视声速限流孔前的局部真空度。 10-40稀释采样法测得的气态污染物浓度为什么要进行换算？怎样换算？答：稀释采样法测得的气态污染物浓度是经稀释后的湿烟其中的含量，而我国环保法规要求检测干烟气中的含量，所以，对其测量值要进行换算，换算方法如下。（1）稀释比换算，即将稀释后的含量换算为未经稀释时的含量，公式如下：175 式中 湿烟气中污染物浓度值；湿烟气稀释后的污染物浓度值；稀释比 （2）湿烟气浓度换算 即将湿烟气中污染物浓度值换算为干烟气中污染物浓度值，公式如下： 式中 干烟气中污染物浓度值； 烟气湿度（水分含量），%V 。10-41 试述紫外荧光法S02分析仪测量原理。答：荧光属于分子的光致发光现象。处于基态的 分子在吸收适当能量的光后，其价电子从成键分子轨道或非键轨道跃迁到反键分子轨道上去，成为激发态分子，激发态不稳定，会很快衰变到基态，激发态在返回到基态时伴随着光子的辐射，所产生的光称之为荧光。紫外荧光法S02分析仪测量原理是用紫外光 （190230nm）激发S02分子，处于激发态的S02 分子返回基态时发出荧光（240420nm），所发出的荧光强度与S02浓度呈线性关系，从而测出SO2浓度，反应式如下：紫外激发反应 发射荧光反应 在一定的紫外激发光波长和一定的荧光发射光波 长下，测得的荧光强度可表示为： 式中 荧光光强； 激发光光强； 荧光光量子产率； S02摩尔吸光系数； S02摩尔分数； 吸收光路长度。只要浓度不是太大（0.05），则荧光强度与样品池中发光物质的浓度成正比，用光电倍增管测出荧光光强，即可得到待测样气中的S02浓度。紫外荧光法S02分析仪测量原理示于图10-16， 紫外光源发射的紫外光经光源滤光片（又称激发图10-17 紫外荧光法S02分析仪气路结构图1零点气入口；2、4三通地磁阀；3量程气入口；5样品气入口；6渗透膜除湿器；7毛细管；8芳烃切割器；9荧光反应室；10光电倍增管；11信号处理器；12电源；13真空压力表；14流量计；15真空调节阀；16抽气泵；17排气口光滤光片，光谱中心220nm）进入反应室，S02分子在此产生荧光反应，发出的荧光经第二滤光片（又称荧光滤光片，光谱中心330nm）投射到光电倍增管上，光电倍增管把荧光强度信号转变为电信号，经放大处理后指示记录。 10-42 图10-17是紫外荧光法S02分析仪的气 路结构图，试说明其分析流程。图10-16 紫外荧光法S02分析仪测量原理图答：烟气样品经过滤除尘后通过采样电磁阀进入仪器，首先进入渗透膜除湿器的内管，将烟气中的水分除去，除湿后的样品再经芳烃切割器除去烃类，然后进入荧光反应室。反应后的干燥样气再通入渗透膜除湿器的外管，吸收水分后由泵推出仪器。当仪器进行校准时，零点气及量程气经相应电磁阀切换进入仪器。紫外荧光法S02分析仪的主要干扰物质是水分及芳烃类有机物，S02遇水会产生荧光猝灭反应，造成负误差；某些芳烃类化合物在190230nm紫外光的激发下也会发射荧光，造成正误差，所以必须除去。10-43 试述紫外荧光法S02分析仪的主要性能指标。 176图10-15 外置式稀释采样器结构原理图答：紫外荧光法S02分析仪有多挡量程，如00.1,0.2,0.5,1,2,5,10pmm等。最低检出浓度，响应时间96%，钼催化剂经再生可反复使用，再生反应为： 烟气经两路测量。一路测烟气中的NO，另一路测以NO计的NO2和NO的总和，即NOx则NOx-NO，从而测得NO、NOx、NO2各自含量。10-45 图10-19是化学发光法NOx分析仪结构原理图，试叙述其测量过程和各部分的作用。答：干燥空气进入03反应器，在此空气中的02 在高压（7000V）电弧放电作用下形成03，恒定流量的03再进入反应室。同时，将稳定流量的烟气样品导入反应室。为了使气体有效混合，反应室的进气管路设计成套管式，样气走内管，O3走外管，在反应室进口处，样气总是被过量的03所包围，在反应室中03与NO产生化学发光反应，所发出的光由光电倍增管(PMT)检出，经放大后指示记录NO 浓度。在样气流路上设有切换阀，可使样气经转换器再进入反应室，在钼转换中NOx（NO+NO2）全部转换成NO，因此，样气经过转换后实际测定的是NOx浓度值，指示记录NOx浓度。前后两次测定的结果经减法器运算，NOx-NO=NO2，指示记录NO2浓度。反应后的废气（含过量O3）经洗涤器除去03后由抽气泵排出。为了降低光电倍增管的暗电流和噪声，提高信噪比，倍增管应在低温下工作，通常装有半导体制冷器。10-46 试述化学发光法NOx分析仪的主要性能指标。答：化学发光法NOx分析仪测量范围大多在05000ppm之间，分多挡量。环境空气质量监测和稀释采样法烟气监测所用的177图10-19 化学发光法NOx分析仪结构原理图1干燥空气；2O3发生器；3 反应室；4电子线路； 5记录仪；6指示表；7转化器；8洗涤器； 9样品气；10废气化学发光法NOx分析仪测量范围则在010pm之间，也分为多挡量程，如 00.1，0.2，0.5，1，2，5，10ppm等，最低检出浓度1ppd，响应时间 250mg/m3不宜采用该仪器进行测量。10.3烟气参数监测子系统10-49 烟气参数检测子系统的监测项目有哪些？其作用是什么？答：该系统监测项目有烟气流速、温度、压力 （包括烟气静压和大气压力）、湿度、氧含量等。其作用是测量标准状态下的干烟气流量，以便计算排污总量。根据烟气流速和烟道截面积可求得烟气实际流量，进行温度、压力、湿度修正后，可求得标准状态下(273K，101325Pa) 干烟气流量，乘以烟尘、气态污染物浓度，可求出其排放率和累积排放量。再根据烟气氧含量求得实测空气过量系数，并折算成规定 空气过量系数下的排放量。10-50 国家环保标准规定的烟气流量测量方法有哪几种？测量范围和测量精度要求是多少？ 答：有以下三种。（1）压差法 用测速管流量计测最流量，它由皮托管（或均速管）测量元件和差压变送器组成。 （2）超声波法 用超声波流量计测量流量，根据超声波换能器安装方式有内置探头式和外置式两种结构型式。 （3）热传感法 用热平衡式质量流量计测量流量，简称热式质量流量计，根据探头上热传感元件的 多少，有单点插入式和多点插入式两种。烟气流量测量的本质上是对流速的测量，测量范围一般为040m/s，测量精度要求为,分辨率0.1/s，响应时间1min。 在烟气流量连续监测方面，目前国际上一般采用 压差法、超声波法、热传感法三种，这三种方法对测量烟道气均有较严格的要求，并须进行定期校核和维护。考虑到我国火电厂负荷波动大、烟气含尘量高、煤质波动大的现实情况，火电厂烟气流量连续监测应 在成功试点和深入研 180图10-25气体传感器组件图10-26 采用窄带干涉滤光片检测吸收率的工作次序究对比的基础上逐步推进。因此，只HJ/752001 火电厂烟气排放连续监测技术规范规定，火电厂烟气流量可以采用连续监测方法，也可以采用非连续监测方法，所谓非连续监测方法是指按GB/T 16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法规定的方法，手工测试烟气流量与电厂负荷变化相关曲线，并将其输入CEMS系统，由电厂负荷确定烟气流量，从而计算污染物排放总量。10-51 试述压差式烟气流量计测量原理和优缺点。答：测量原理：用皮托管、均速管测得烟气全压和静压，经差压计得到动压（动压=全压-静压）， 动压的平方根和流量成正比。优缺点：（1）测量方法简单可靠；（2）探头易于拔出和插入，维修方便；（3）成本较低；（4）皮托管只能测量某一点的流速，均速管可测几个点的平均流速；（5）流量系数不易求准，低微差压计稳定性较差,精度较低，因而测量精度不高（皮托管为，均速管为）；（6）易受颗粒物堵塞，需频繁反吹淸洁，维护置量较大。结论：价格便宜，精度不高，维护量较大，如资金有限可采用（推荐用均速管式）。10-52 什么是流体的静压力、动压力和全压力？答：当流体静止时，其中任意一点上的压力，不论在哪个方向上，其大小都是相同的，这个压力便是静压力。动压力是流体流动时所具有的动能，它的大小取决于流体的流速和密度。而非黏性流体的全压力，是其动压力和静压力之和。即 式中 全压力，又称总压力； 静压力； 动压力（为流体密度，为流速）。10-53 试述皮托管测量流量的原理。答：标准型皮托管的结构如图10-27所示。它是个弯成90o的双层同心圆管，前端呈半圆形，正前 方有一开孔，与内管相通，开孔正对着流体流向，用来测定全压。在距前端6倍直径处外管壁上开有一圈孔径为1mm的小孔，通至后端的侧出口，用于测定静压。然后将全压力和静压力分别引人差压计中。根据公式所以差压 知道了某一点的流速v，就可以根据皮托管的测点位置和流体的流速分布规律，求出管道中的平均流 速，再乘以管道截面积，便可以得出相应的流体流量。 10-54 试述X型皮托管流量计的结构原理和安装要求。答：图10-28是测量烟道气时常用的X型皮托管，是由两根相同的金属管并联组成。测量端有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流的开口测得的压力为静压。X型皮托管流量计主要由“X”型皮托管检测头、取压管保护套管、差压变送器、反吹控制阀等部件构成。测量时将皮托管流速计检测头插人管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取动、静压差值并将其转换成相应的流量比例电流（420mA）传送给显示仪表或计算机进行数据处理。皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘黏附。电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时系统反吹：当探头检测孔黏附、积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将 181图10-27 皮托管测量原理和结构图图10-28 X型皮托管结构图压缩空气同时接入两个取压管进行吹除作业；正常测量时电磁阀则处于关断状态。 皮托管安装质量对其测量有较大影响，由于皮托管流量计是依据充满圆管的稳定流动流体理论进行工作的，因此选择测量点时应远离风机、阀门、弯头等 易造成流态波动的元件，且测量点上游应有3D5D 的直管段，以保证测量点处过流断面速度分布规律符合要求。皮托管采用插入式安装，因此全压及背压取压管轴线必须和管道几何对称中心轴线共面，使得全压测孔正面应对来流。皮托管流量计在管线上的安装姿态为：插入保护管轴线垂直相交管道几何对称中心轴线，安装姿态不正确将引起皮托管仪表系数不确定度大大增加，安装前应测量好安装点的相关尺寸以便凋整，使得皮托管安装符合要求。10-55 什么是均速管流量计？试述其工作原理和构成。答：均速管又称为阿牛巴管，它是皮托管的发展和变形。均速管流量计可测得管道直径上的平均流速，其工作原理是在垂直于流向的圆管或菱形管外壁的迎流而上，按一定规律开若干个小孔（见图10- 29），以测量流体的全压（动压十静压），在背流面上开一个小孔，以测量流体的静压（见图10-30），全压和静压分别引到差压变送器的高低压室，差压变送器的输出就表示流体流量。图10-29中均速管上4个测压孔的位置，可以有好几种方法确。常用的是等面积法，就是将整个圆分成四个单元面积：两个半圆和两个半环，它们的面积彼此相等。然后根据速度分布规律求出每个面积内的等效流速速v1、v2，进而求得等效流速点的位置y1、 y2。也有的均速管上开有6个或更多开孔。均速管流量计的流量计算公式和孔板流量计一样，流量和差压的平方根成正比。10-56 均速管和皮托管相比，有哪些异同？答：均速管和皮托管一样，用流体的全压和静压的差值得到流体的动压，从而求得流体的流速和流量。但皮托管测的是一个点的流速，通常是测管道中心的流速，安装位置要求较严，而均速管是把管道截面分成几个区，测出每个区上的流速，最后加以平均而得流体的平均流速。由于全压孔是对称开的，这样可相互补偿，以克服流体分布中可能出现的不对称性。所以均速管流量计的流量系数比皮托管要稳定一些，精度相对要高一些。皮托管和均速管流量计的优点是结构简单，价格低廉，压力损失小，安装维护方便，配上合适的阀门，可以在工艺系统运行过程中插入或拔出管道，特别是对大管道的流量测量中，这些优点更加突出，因为其他大管道流量计价格都很贵，且安装麻烦。皮托管和均速管流量计的缺点是精度较低，流量系数不易求准，分散性很大，且要求流体淸洁，否则容易把测压孔堵塞，测量烟气流置时须频繁反吹清扫。另外，皮托管和均速管流量计的差压很小，属低差压和微差压范围，而差压低微的变送器相对来说稳定性较差，精度也较低，10-57 试述热平衡式质量流量计测量原理和优缺点。答：测量原理：利用传热原理测量质量流量，它有两个铂电阻温度传感器RP、Rt、Rp被加热用以测流速，Rt测烟气温度作为参比温度。烟气流过RP时带走的热量与流速和RP阻值变化成比例，利用惠斯通电桥反馈电路控制RP的加热功率，保持RP与Rt之间温差恒定，则加热功率（电压或电流）与烟气的质量流量成函数关系。优缺点：（1）测量方法简单可靠，精度较高（）；（2）探头为自法式（自动清灰）不需要反吹， 但热电阻需要定期清洗；（3）探头为插入式，易于拔出和插人，维修方便；182均速管由铜或不锈钢制成，通常有圆形管和菱形管两种。当流体流到均速管时，便在管的两边散开，并形成漩涡。圆形管的散开角（即分离点）变化较大，流量系数不稳，所以现在多采用菱形截面的均速管。图10-29 匀速管流量计迎流面孔图图10-30 匀速管流量计结构图（4）单点式只能测点流速，多点式（又称热均速管）可测平均流速；（5）价格适中。（6）测量精度随热敏电阻使用时间和性能变化而变化。 结论：价格适中，精度较髙，维护量小，推荐采用。10-58 试述热平衡式质量流量计测量原理。答：KURZ公司热平衡式质量流量计测量原理，如图10-31所示。KURZ热式质量流量计利用传热原理测量烟气流 量。它由两个铂电阻温度传感器，一个是烟气流速传感器RP，一个是烟气温度传感器Rt，分别连接在惠斯通电桥中。RP作为测量臂被加热至温度T1，Rt作为参比臂测得烟气温度T2，室温下T1-T2=T=55oC。 当工作时，烟气流过RP，带走的热量与流速和RP 阻值变化成比例。为保持桥路平衡，通过反馈电路改变RP的加热功率，则加热功率p、温差T、烟气质量流量qm之间有下述关系： 式中 p加热功率；TRp与Rt之间的温差，通过调整p使其保持恒定B与实际流动有关的常数C与所测气体物性如热导率、比热容、黏度有关的常数；k常数（在1/21/3之间）；qm质量流量，,为密度，为体积流量。10-59 试述热平衡式质量流量计的主要性能指标。答：以KURZ公司454FT插入式单点热式质量流量计为例，其主要性能指标如下。测量原理 热平衡法；烟气流速 090m/s；烟气温度 -40+200oC； -40+500oC；烟气压力 2.0MPa；速测量精度 烟气温度 -40+ 125oC 时为 烟气温度 0200oC 时为 烟气温度 0500。C 时为重复性误 ；响应时间 3s；供电 24VDC或230VAC； 功耗 15W输出信号 420mA，继电器接点；吹扫空气 不需要。183图10-31 KURZ热平衡式质量流量计测量原理10-60 什么是热式均速管流量计？答：热式均速管流量计实际上就是多点式热质量流量计。图10-32所示是热式均速管流量计在圆形管道和矩形管道上的安装形式，各有单端插入式和双端插入式两种插入方式，每一根插入杆上可配置不同数目的热丝感测元件，热丝感测元件的位置坐标按速度面积法确定。所谓速度面积法是测量管道某横截面上多个局部流速，通过在该横截面上的速度面积的积分来推算流量的方法。从图中可以看出，热式均速管流量计可以按照管道内流速分布图形配置感测元件的数目与位置，按速度面积法精确地测量复杂的速度分布畸变的流量，特别适合于大型烟道烟气流量的测量，加之其结构简单、安装和维修方便、压力损失小、校验费用低廉（只需校验测量头）、测量精度高（可达)，因而在国外CEMS的烟气流量监测中得到了较为广泛的应用，是一种很有发展前途的烟气流量计。10-61 试述超声波式烟气流置计测量原理和优缺点。答：测量原理：超声波在烟气中的传播速度，顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播的时间差与流速成正比。测得发射器和接受器在两个方向的传播时 间差即可求得流速。优缺点：（1）测量方法简单可靠，精度较高（）； （2）内置探头式可自洁，无需吹扫，外置式则需吹扫；（3）超声波换能器不耐高温，烟气温度一般不能超过220oC；（4）安装要求严格，工作量大；（5）价格较贵。结论：运行稳定，精度较高，维护量小，但价格较贵，如资金充裕可选用（建议用内置探头式）。10-62 什么是超声换能器？它是怎样工作的？ 答：超声波流量计的传感器称为超声換能器。主要由传感元件、声楔等组成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器，发射换能器利用压电材料的逆压电效应，将电路产生的发射信号加到压电品片上，使其产生振动，发出超卢波，所以是电能和声能的转换器件。接收换能器利用的是压电效应，将接收到的声波，经压电晶片转换为电能,所以是声能和电能的转换器件。发射换能器和接收换能器是可逆的，即同一换能器，既可以作发射用，也可以作接收用，由控制系统的开关脉冲来实现。 10-63 请导出时差法超声波流量计测量流体流速的公式。答：如图10-33所示，超声波在顺流方向传图10-32 热式均速管流量计在图形管道和矩形管道上的安装形式184播的时间t1为 （10-1） 超声波在逆流方向传播的时间t2为 （10-2）式中 D管道内径； L超声波声程，L=D/sin c静止流体中的声速； v管道内流体流速 vp流体流速v在声道方向上的速度分量，vp=vcos；声波传播方向和流体流动方向的夹角。由式（10-1）、式（10-2）可得： （10-3） （10-4）由式（10-3）和式（10-4）可得： （10-5） （10-6）由于=45o，2=90o，所以sin2=1，则式（10-6）可化为： （10-7）式（10-7）就是时差法超声波流最计测量流体流速的公式。10-64 什么是超声波换能器的夹装式安装？什么是湿式安装？测量烟气流缓时应采用哪种安装方式？方式？ 答：夹装式安装是指用夹装件把换能器固定在测量管道的外壁上，测量时声波透过管壁传到被测气体。湿式安装是指换能器直接和介质接触，所以也称直射式安装。这种安装方式的换能器通常和一段短管制成一体，短管的两端有法兰，安装时通过法兰和测量管道连接。湿式安装也指在测量管进上开孔，将换能器直接穿插在孔内。对不好开孔的混凝土管道（如垂直烟筒），可将换能器固定在管道内壁上，其信号通过电缆引至管道外。测量烟气流量时应采用湿式安装，而不能采用夹装式安装。因为固体管道和被测气体的密度相差太大，声波在管道壁中的传播速度远大于在气体中的传播速度，声波经过管壁折射后，已无法满足测量要求，所以，测量气体流量时不能采用夹装式超声波流量计。11-65 超声波流量计的示值和被测介质的温度、 压力有无关系？答：声音在被测介质中的传播速度和被测介质的温度、压力有关。温度越高，压力越大，声音传播得越快，反之则越慢。其中声速受温度的影响较大，且声速的温度系数不是常数。但是，在超声波流量计的结构和电路内，都有实时湿度、压力自动补偿。当被测流体的温度、压力变化时，对流量计的指示影响很小，故可以看作对测量示值不起影响。10-66 什么是探头式超声波流量计？它有何优点？答：在烟气流量的检测中，目前国外应用较为普遍的超声波流量计有两种，一种是外装式，即经典的超声波流量汁，需要在烟道上按45o角开两个孔。另 一种是内置探头式，只需在烟道上按45o角开一个孔。其结构和安装见图10-34、图10-35。探头式超声波流量计的两个超声换能器固定在一个支撑臂上，此支撑臂不阻挡检测气流，安装方式与外装式相同，与烟道气流成45o角。与外装式相比， 具有价格低，安装简单，清法方便，不需要反吹装置等优点，在烟气流量测量中有较广阔的应用前景。探头式超声波流量计仅能测得烟道内某一点的流速，须根据烟气流速分布通过计算求得烟道内的平均流速。 10-67 试述探头式超声波流量计的主要性能指标。 答：以SICK公司FLOWSICI07内置探头式185图10-33 超声波传输时间差法测量原