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涡街流量计利用温差发电片的设计

来源:www.jsowyb.com 发布时间:2012-11-29 09:52:59
  温差发电是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态发电方式,具有无噪音、无污染、无磨损、寿命长、体积小等优点,但其输出电压波动大、输出功率小,适用于微小功率的设备使用。

  温差发电有完善的物理理论基础和成熟的温差发电片制造技术的支持,从20世纪60年代开始,陆续有一批温差发电机成功用于航天飞机和军事领域。近几年随着温差发电片生产成本的降低与转换效率的不断提高,温差发电技术在工业和民用方面表现出了良好的应用前景。

  压电晶体用于检测涡街频率、计算蒸汽的体积流量。由低功耗运放组成的前置放大电路可以做到约30μA电流,传感部分的低功耗是研制低功耗涡街流量计的前提条件。

  涡街流量计测量流体的流量为体积流量,而在蒸汽贸易结算时采用质量流量,因此需要根据蒸汽的温度和压力求取蒸汽的密度。温度传感器采用PT1000,压力传感器采用扩散硅压阻式传感器MB18,传感信号调理电路采用MAXIM公司的18bitA/D转换器MAX1403。MAX1403包含恒流激励源、程控放大器、多个差分输入通道等资源,工作电流约为250μA,在低功耗模式下仅为2μA。为了降低整个系统的功耗,A/D采样的时间间隔是可以设定的,不采样时关断MAX1403。

  常用蒸汽的温度在400℃以下。本设计所选用的中国纳米克公司的温差发电片(TEG),型号为TEP1-1263-3.4,尺寸为3cm×3cm×0.4cm,基片采用耐高温热电Bi-Te合成材料,热面可以在高达380℃的高温环境下连续工作,冷面则可以在高达180℃的环境下工作;由126个热电偶组成,最大能产生5W左右的功率,有充足的余量满足流量计的需要。

  温差发电片安装示意图。为避开太阳光的直射而升高冷面温度,取热位置选在涡街流量计的下方。由于TEG不能弯曲,而管道是圆柱形,为保证发电片充分受热和均匀受热,设计了一个导热性能好的铜质弧形导热体,该弧形导热体的弧面与管道通过纳米克公司的耐高温导热硅脂无缝连接,上平面则与温差发电片的热面贴在一起。为得到较大的温差,需要在TEG冷面采用导热性能好的散热片,且散热面积尽可能大。用保温材料包牢弧形导热体,以减少热量的散失。

关键词:涡街流量计涡轮流量计分体式电磁流量计

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