热式质量流量计原理及概述

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热式质量流量计原理及概述

编辑：潘东升江苏瑞特仪表有限公司2010-5-31

）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外TME 热式质量流量计（以下简称

加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。年代中期销售量估万台。国内90销售金额约占流量仪表的8%，约4.590 20世纪年代初期，世界范围TMF 台左右。过去流程工业用仪表主要是热分布式，近几年才开发热散（或冷却）效应式。计每年1000 1. 原理和结构利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式1）热式流量仪表用得最多有两类，即。TMF（效应的金氏定律King s Iaw）thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF;2)利用热消散（冷却）（流量计）。有些在使用intrusion type又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（）。时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertion type

TMF 热分布式1.1

）（1cp -------被测气体的定压比热容；式中A -------测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数；

K -------仪表常数。

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TMF 1.2基于金氏定律的浸入型

金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系，如式所示。2）2（单位长度热散失率，H/L -------J/m?h; 式中--------ΔT热丝高于自由流束的平均升高温度，K；--------λ流体的热导率，J/h?m?K; cV---------定容比热容，J/kg?k;3kg/m密度，---------ρ;

m/h; U---------流体的流速，m.

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；另一细管经功T如图5所示，两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度增加，气流带走更多热量，ρU高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速率恒定的电热加热，其温度Tv 。温度测量法”“这种方法称作“温度差测量法”或温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T.便可算出质量流速，2?~?之间。从式所示比列关系，式中B, C, K均为常数，K在消耗功率P和温度差ΔT如式3 4。qm，再将式3变换成式乘上点流速于管道平均流速间系数和流通面积的质量流量

）（34）（则是与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数，如果气体成分和物性恒定则视为常数。D式4中E 是与实际流动有关的常数。”。恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法称作“功率消耗测量法若保持ΔT

点优2、

，2~60m/s)中偏高流速(气体可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低~热分布式TMF 更适合于大管径。插入式TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，TMF 虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传TMF 感器，组成简单，出现故障概率小。等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就、NO、O2、CO N2 热分布式仪表用于H2 、即可；用于其他气体可用等单原子气体则乘系数1.4Ar、He用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于比热容换算，但偏差可能稍大些。气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。

热式质量流量计响应慢。cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。被测量气体组分变化较大的场所，因对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。，被测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，TMF对于热分布式一般情况下不能使用。

对脉动流在使用上将受到限制。

液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到限制。

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按流体对检测元件热源的热量作用可分为热量传递转移效应和热量消散效应或冷却效应。

应用概况5.1

TMF目前绝大部分用于测量气体，只有少量用于测量微小液体流量。

石油化工微型反较多应用于半导工业外延扩散、热分布式仪表使用口径和流量均较小，应装置、镀膜工艺、光导纤维制造、热处理淬火炉等各种场所的氢、氧、氨、燃气等气

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在气体流量控制，以及固体致冷中固体氩蒸发等累积量和阀门制造中泄漏量的测量等。分流型热分布式仪表应用体色谱仪和气体分析仪等分析仪器上，用于监控取样气体量。以上管径时，通常在主流管道上装孔板等节流装置或均速管，分流部分气于30~50mm 体到流量传感器进行测量。

年在环境保护和流程工业中应用发展迅速，例如；国外近10冷却效应的插入式TMF气配比控制，污水处理发生水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制，煤粉燃烧过程粉/大管道用还有径向分段排列多的气体流量测量，燃料电池工厂各种气体流量测量等等。和组检测元件组成的插入检测杆，应用于锅炉进风量控制以及烟囱烟道排气监测SO2 排放总量。NOX

应用于化学、石油化工、食品等流程工业实验性装置，如液化气流TMF液体微小流量药液配比系统定流量配比控量测量，注入过程中控制流量；高压泵流量控制的反馈量；还有在色谱分析等仪器上供给工业流程或商业销售。制；直接液化气液态计量后气化，TMF用作定量液取样控制以及用于动物实验麻醉液流量测量。还未见到液体微小流量国内定型产品。

流体种类和物性5.2

气体或液体，用气体的型号不能用于液体，反之------TMF只能用于测量清洁单相流体亦然。对于热分布式气体还必须是干燥气体，不能含有湿气。流体可能产生的沉积、结制造厂还应给出接受的不清洁程TMF 垢以及凝结物均将影响仪表性能。对于热分布式TMF用户可按此决定是在仪表前装过滤器。浸入式例如大部分给出允许微粒粒度，度，能再不停流条件对清洁度要求低些，则可用于测量烟道气，但必须装有阀等插入机构，下去取出检测头。

流体的比热容和热导率（1）

工作时流体的比热容和热导率保持恒定才能测量准确。被测TMF和式2可知，从式1介质工况温度、压力变化范围不大，仅在工作点附近波动，比热容变化不大，可视作常2数。若工作点压力温度远离校准时压力温度，则必须在该工作点压力温度下调整。表列出几种气体在不同压力温度下的定压比热容，可看到其变化程度。

表2 几种气体定压比热容cal/(g?K)

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