熱式質量流量計運用及優缺點

原理

熱式質量流量計(Thermal Mass Flowmeters，簡稱TMF)在國內習稱量熱式流量計，是利用流體流過外熱源加熱的管道時產生的溫度場變化來測量流體質量流量，或利用加熱流體時流體溫度上升某一值所需的能量與流體質量之間的關系來測量流體質量流量的一種流量儀表。一般用來測量氣體的質量流量。具有壓損低;流量范圍度大;高精度、高重復性和高可靠性;無可動部件以及可用于極低氣體流量監測和控制等特點. 利用加熱流體的熱量(或溫度)變化測量流體的質量流量已有很長的歷史。早期的TMF直接將加圈和測溫元件放入流體中與流體直接接觸，是一種接觸式流量計，由于不能解決嘴蝕和磨損以及防爆等問題，使它的工業應用受很大的限制。托馬斯流量計是這種流量計的代表，主要用來測量較大流量的氣體質量流量;到20世紀50年代，人們提出了一種與流體不接觸的邊界層流量計，克服了接觸式流量計的缺點，但測量結果易受介質參數(如導熱系數、比熱容、粘度等)的影響，可以用來測量較大的液體流量;到70年代，基于測量流體溫度分布的熱分布型TMF，由于其*的優點在國內外得到了很快的發展，用來測量氣體的微小流量，隨著科技的發展，經過對流量計結構上的重新設計，在接觸式流量計的基礎上，人們提出了一種浸人型的TMF，也得到了很快的發展，可以用來測量較大管徑的氣體流量。綜上所述，TMF是一種主要用來測量氣體質量流量的直接式質量流量計。

熱式質量流量計:利用傳熱原理檢測流量的儀表，即利用流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關系來測量流量的儀表。過去我國習稱量熱式流量計。

基本原理:通過測量氣體流經流量計內加熱元件時的冷卻效應來計量氣體流量的。氣體通過的測量段內有兩個熱阻元件，其中一個作為溫度檢測，另一個作為加熱器。溫度傳感元件用于檢測氣體溫度，加熱器則通過改變電流來保持其溫度與被測氣體的溫度之間有一個恒定的溫度差。當氣體流速增加，冷卻效應越大，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量流量，即供給電流與氣體質量流量有一對應的函數關系來反映氣體的流量。

用途

1、鋼鐵廠，焦化廠煤氣流量測量;

2、鍋爐空氣流量，測量二次風量;

3、煙囪排出的煙氣流量測量;

4、水處理中瀑氣流量測量;

5、水泥，卷煙，玻璃廠生產過程中氣體流量測量;

6、壓縮空氣流量測量;

7、天然氣，煤氣，液化氣，火炬氣，氫氣等氣體流量測量。

分類

熱式質量流量計根據熱源及測溫方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種。

1.接觸式熱式質量流量計

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

2.非接觸式熱式質量流量計

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

優點

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

熱式質量流量計無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小;帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖在測量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。

熱式質量流量計使用性能相對可靠。與推導式質量流量儀表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計算單元等，僅有流量傳感器，組成簡單，出現故障概率小。

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*這些氣體專門標定，直接就用空氣標定的儀表，實驗證明差別僅2%左右;用于Ar、He等單原子氣體則乘系數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。

缺點

熱式質量流量計響應慢。

被測量氣體組分變化較大的場所，因cp值和熱導率變化，測量值會有較大變化而產生誤差。

對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當熱量。

對于熱分布式熱式質量流量計，被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值，必須定期清洗;對細管型儀表更有易堵塞的缺點，一般情況下不能使用。

對脈動流在使用上將受到限制。

液體用熱式質量流量計對于粘性液體在使用上亦受到限制。