Регулятор расхода газа (РРГ) - компактное устройство с обратной связью, которое измеряет и регулирует массовый расход определенного газа. В статье описаны основные принципы технологии тепловых измерений массового расхода, устройство РРГ производства компании Bronkhorst High-Tech B.V.
Основными составными компонентами РРГ являются: корпус, измерительная ячейка и элемент сопротивления потоку (ламинарный элемент), регулирующий клапан, электронная плата.
Корпус представляет собой основание, на котором монтируются все основные компоненты регулятора расхода. Через это основание идет поток газа. Все приборы Bronkhorst High-Tech B.V. имеют корпус из высококачественной электрополированной нержавеющей стали марки 316L. В качестве уплотнений между основанием и другими узлами РРГ используются различные эластомеры или металл.
Главными элементами измерительной части РРГ являются:
- специальный элемент сопротивления потоку – «ламинарный элемент», обеспечивающий идеальное разделение потока с целью отвода его строго пропорциональной части в канал измерительной ячейки (байпасный канал)
- Измерительная ячейка - специальный датчик, измеряющий расход газа через него, обеспечивающий быстрый отклик, высокую повторяемость измерений и высокую температурную стабильность.
Ламинарный элемент представляет собой набор специальных дисков из нержавеющей стали с прецизионно изготовленными каналами в них. Динамическое сопротивление каждого канала равно сопротивлению измерительной ячейки. Конструкция элемента сопротивления потоку обеспечивает стабильный коэффициент отношения потока через сенсор и мимо него. Причем это отношение остается постоянным во всем диапазоне изменения параметров эксплуатации прибора. Такая конструкция позволяет собирать и калибровать прибор с использованием азота, а затем моделировать его работу с любым другим газом.
Измерительная ячейка (датчик) является сердцем прибора. Она состоит из капилляра (измерительного канала) из нержавеющей стали и двух терморезистивных элементов. В отсутствие потока газа оба элемента дают равные показания и сигнал от измерительной ячейки равен нулю. При подаче потока часть газа, ответвляемая элементом сопротивления потоку, проходит по капилляру и нагревается термоэлементами. Измеряемые температуры Т1 и Т2 отличаются между собой. Разница температур прямо пропорциональна массовому расходу через сенсор.
Сигнал датчика поступает для обработки на вход управляющей электронной платы измерителя/регулятора, преобразуется с помощью АЦП в цифровую форму, линеаризуется и фильтруется в соответствии с имеющимися в микропрограмме регулятора расхода алгоритмами. Далее измеренное значение поступает на все имеющиеся "на борту" прибора цифровые шины (RS232 и одна из: DeviceNet™, Profibus-DP®, Modbus, EtherCAT® или FLOW-BUS). Также сигнал преобразуется в стандартный аналоговый (0...5(10) В, 0(4)...20 мА) и поступает на выход прибора.
Регулятор расхода газа обеспечивает поддержание потока в соответствии с сигналом задания - уставкой. Уставка поступает либо на аналоговый вход прибора и преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП, либо непосредственно по цифровому интерфейсу. Микропроцессор прибора сравнивает сигнал уставки с измеренным значением и в соответствии с имеющимся в микропрограмме алгоритмом ПИД регулирования вырабатывает оптимальный сигнал для управления клапаном. Сигнал преобразуется в аналоговую форму, усиливается и поступает на катушку соленоида клапана.
Регулирующие клапаны бывают нескольких типов в зависимости от применения: прямого действия для малых расходов, пилотные для больших расходов, Vary-P для больших (дифференциальных) давлений.
Видео – принцип работы теплового регулятора расхода газа Bronkhorst.
