熱式質(zhì)量流量計(jì)原理

熱式質(zhì)量流量計(jì)(Thermal Mass Flowmeters，簡(jiǎn)稱TMF)在國(guó)內(nèi)習(xí)稱量熱式流量計(jì)，是利用流體流過(guò)外熱源加熱的管道時(shí)產(chǎn)生的溫度場(chǎng)變化來(lái)測(cè)量流體質(zhì)量流量，或利用加熱流體時(shí)流體溫度上升某一值所需的能量與流體質(zhì)量之間的關(guān)系來(lái)測(cè)量流體質(zhì)量流量的一種流量?jī)x表。一般用來(lái)測(cè)量氣體的質(zhì)量流量。具有壓損低;流量范圍度大;高精度、高重復(fù)性和高可靠性;無(wú)可動(dòng)部件以及可用于極低氣體流量監(jiān)測(cè)和控制等特點(diǎn). 利用加熱流體的熱量(或溫度)變化測(cè)量流體的質(zhì)量流量已有很長(zhǎng)的歷史。早期的TMF直接將加熱線圈和測(cè)溫元件放入流體中與流體直接接觸，是一種接觸式流量計(jì)，由于不能解決嘴蝕和磨損以及防爆等問(wèn)題，使它的工業(yè)應(yīng)用受很大的限制。托馬斯流量計(jì)是這種流量計(jì)的代表，主要用來(lái)測(cè)量較大流量的氣體質(zhì)量流量;到20世紀(jì)50年代，人們提出了一種與流體不接觸的邊界層流量計(jì)，克服了接觸式流量計(jì)的缺點(diǎn)，但測(cè)量結(jié)果易受介質(zhì)參數(shù)(如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、粘度等)的影響，可以用來(lái)測(cè)量較大的液體流量;到70年代，基于測(cè)量流體溫度分布的熱分布型TMF，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到了很快的發(fā)展，用來(lái)測(cè)量氣體的微小流量，隨著科技的發(fā)展，經(jīng)過(guò)對(duì)流量計(jì)結(jié)構(gòu)上的重新設(shè)計(jì)，在接觸式流量計(jì)的基礎(chǔ)上，人們提出了一種浸人型的TMF，也得到了很快的發(fā)展，可以用來(lái)測(cè)量較大管徑的氣體流量。綜上所述，TMF是一種主要用來(lái)測(cè)量氣體質(zhì)量流量的直接式質(zhì)量流量計(jì)。

熱式質(zhì)量流量計(jì):利用傳熱原理檢測(cè)流量的儀表，即利用流動(dòng)中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測(cè)量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量流量的儀表。過(guò)去我國(guó)習(xí)稱量熱式流量計(jì)。

基本原理:通過(guò)測(cè)量氣體流經(jīng)流量計(jì)內(nèi)加熱元件時(shí)的冷卻效應(yīng)來(lái)計(jì)量氣體流量的。氣體通過(guò)的測(cè)量段內(nèi)有兩個(gè)熱阻元件，其中一個(gè)作為溫度檢測(cè)，另一個(gè)作為加熱器。溫度傳感元件用于檢測(cè)氣體溫度，加熱器則通過(guò)改變電流來(lái)保持其溫度與被測(cè)氣體的溫度之間有一個(gè)恒定的溫度差。當(dāng)氣體流速增加，冷卻效應(yīng)越大，使須保持熱電阻間恒溫的電流也越大。此熱傳遞正比于氣體質(zhì)量流量，即供給電流與氣體質(zhì)量流量有一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系來(lái)反映氣體的流量。

1、鋼鐵廠，焦化廠煤氣流量測(cè)量;

2、鍋爐空氣流量，測(cè)量二次風(fēng)量;

3、煙囪排出的煙氣流量測(cè)量;

4、水處理中瀑氣流量測(cè)量;

5、水泥，卷煙，玻璃廠生產(chǎn)過(guò)程中氣體流量測(cè)量;

6、壓縮空氣流量測(cè)量;

7、天然氣，煤氣，液化氣，火炬氣，氫氣等氣體流量測(cè)量。

熱式質(zhì)量流量計(jì)根據(jù)熱源及測(cè)溫方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種。

1.接觸式熱式質(zhì)量流量計(jì)

這種質(zhì)量流量計(jì)的加熱元件和測(cè)溫元件都置于被測(cè)流體的管道內(nèi)，與流體直接接觸，常被稱為托馬斯流量計(jì)，適于測(cè)量氣體的較大質(zhì)量流量. 由于加熱及測(cè)量元件與被測(cè)流體直接接觸，因此元件易受流體腐蝕和磨損，影響儀表的測(cè)量靈敏度和使用壽命。測(cè)量高流速、有腐蝕性的流體時(shí)不宜選用，這是接觸式的缺點(diǎn)。

2.非接觸式熱式質(zhì)量流量計(jì)

這種流量計(jì)的加熱及測(cè)溫元件都置于流體管道外，與被測(cè)流體不直接接觸，克服了接觸式的缺點(diǎn)。

熱式質(zhì)量流量計(jì)可測(cè)量低流速(氣體0.02~2m/s)微小流量;浸入式熱式質(zhì)量流量計(jì)可測(cè)量低~中偏高流速(氣體2~60m/s)，插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)更適合于大管徑。

熱式質(zhì)量流量計(jì)無(wú)活動(dòng)部件，無(wú)分流管的熱分布式儀表無(wú)阻流件，壓力損失很小;帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖在測(cè)量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。

熱式質(zhì)量流量計(jì)使用性能相對(duì)可靠。與推導(dǎo)式質(zhì)量流量?jī)x表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計(jì)算單元等，僅有流量傳感器，組成簡(jiǎn)單，出現(xiàn)故障概率小。

熱分布式儀表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想氣體的雙原子氣體，不必用這些氣體專門標(biāo)定，直接就用空氣標(biāo)定的儀表，實(shí)驗(yàn)證明差別僅2%左右;用于Ar、He等單原子氣體則乘系數(shù)1.4即可;用于其他氣體可用比熱容換算，但偏差可能稍大些。

氣體的比熱容會(huì)隨著壓力溫度而變，但在所使用的溫度壓力附近不大的變化可視為常數(shù)。

熱式質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)慢。

被測(cè)量氣體組分變化較大的場(chǎng)所，因cp值和熱導(dǎo)率變化，測(cè)量值會(huì)有較大變化而產(chǎn)生誤差。

對(duì)小流量而言，儀表會(huì)給被測(cè)氣體帶來(lái)相當(dāng)熱量。

對(duì)于熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)，被測(cè)氣體若在管壁沉積垢層影響測(cè)量值，必須定期清洗;對(duì)細(xì)管型儀表更有易堵塞的缺點(diǎn)，一般情況下不能使用。

對(duì)脈動(dòng)流在使用上將受到限制。

液體用熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)于粘性液體在使用上亦受到限制。

稱重式質(zhì)量流量計(jì)是由兩只稱重傳感器、速度傳感器、硬管、軟管、法蘭盤及外殼組成。硬管固定在稱重傳感器上，速度傳感器在法蘭盤上。