熱式質(zhì)量流量計(jì)是利用傳熱原理，即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(guān)系來測量流量的儀表，過去我國習(xí)稱量熱式流量計(jì)。當(dāng)前主要用于測量氣體。
一、原理
熱式流量儀表用得最多有兩類，1、利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)的熱分布式流量計(jì)曾稱量熱式TMF;2、利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律。又由于結(jié)構(gòu)上檢測元件伸入測量管內(nèi)，也稱浸入型或侵入型。有些在使用時從管外插入工藝管內(nèi)的儀表稱作插入式。
二、優(yōu)點(diǎn)
熱分布式TMF可測量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可測量低~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)無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很?。粠Х至鞴艿臒岱植际絻x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(zhì)量流量計(jì)使用性能相對可靠。與推導(dǎo)式質(zhì)量流量儀表相比，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)。
三、缺 點(diǎn)
熱式質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)慢。
被測量氣體組分變化較大的場所，因cp值和熱導(dǎo)率變化，測量值會有較大變化而產(chǎn)生誤差。
對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當(dāng)熱量。
對于熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)，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(xì)管型儀表更有易堵塞的缺點(diǎn)，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(zhì)量流量計(jì)對于粘性液體在使用上亦受到限制。
四、 選用考慮要點(diǎn)
4.1、應(yīng)用概況
熱式質(zhì)量流量計(jì)目前絕大部分用于測量氣體，只有少量用于測量微小液體流量。
熱分布式儀表使用口徑和流量均較小，較多應(yīng)用于半導(dǎo)工業(yè)外延擴(kuò)散、石油化工微型反應(yīng)裝置、鍍膜工藝、光導(dǎo)纖維制造、熱處理淬火爐等各種場所的氫、氧、氨、燃?xì)獾葰怏w流量控制，以及固體致冷中固體氬蒸發(fā)等累積量和閥門制造中泄漏量的測量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀等分析儀器上，用于監(jiān)控取樣氣體量。分流型熱分布式儀表應(yīng)用于30~50mm以上管徑時，通常在主流管道上裝孔板等節(jié)流裝置或均速管，分流部分氣體到流量傳感器進(jìn)行測量。
冷卻效應(yīng)的插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)國外近10年在環(huán)境保護(hù)和流程工業(yè)中應(yīng)用發(fā)展迅速，例如；水泥工業(yè)豎式磨粉機(jī)排放熱氣流量控制，煤粉燃燒過程粉/氣配比控制，污水處理發(fā)生的氣體流量測量，燃料電池工廠各種氣體流量測量等等。大管道用還有徑向分段排列多組檢測元件組成的插入檢測桿，應(yīng)用于鍋爐進(jìn)風(fēng)量控制以及煙囪煙道排氣監(jiān)測SO2和NOX排放總量。
液體微小流量熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于化學(xué)、石油化工、食品等流程工業(yè)實(shí)驗(yàn)性裝置，如液化氣流量測量，注入過程中控制流量；高壓泵流量控制的反饋量；藥液配比系統(tǒng)定流量配比控制；直接液化氣液態(tài)計(jì)量后氣化，供給工業(yè)流程或商業(yè)銷售。還有在色譜分析等儀器上用作定量液取樣控制以及用于動物實(shí)驗(yàn)麻醉液流量測量。還未見到液體微小流量熱式質(zhì)量流量計(jì)國內(nèi)定型產(chǎn)品。
4.2 流體種類和物性
熱式質(zhì)量流量計(jì)只能用于測量清潔單相流體------氣體或液體，用氣體的型號不能用于液體，反之亦然。對于熱分布式氣體還必須是干燥氣體，不能含有濕氣。流體可能產(chǎn)生的沉積、結(jié)垢以及凝結(jié)物均將影響儀表性能。對于熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)制造廠還應(yīng)給出接受的不清潔程度，例如大部分給出允許微粒粒度，用戶可按此決定是在儀表前裝過濾器。浸入式熱式質(zhì)量流量計(jì)對清潔度要求低些，則可用于測量煙道氣，但必須裝有閥等插入機(jī)構(gòu)，能再不停流條件下去取出檢測頭。
（1）流體的比熱容和熱導(dǎo)率
熱式質(zhì)量流量計(jì)工作時流體的比熱容和熱導(dǎo)率保持恒定才能測量準(zhǔn)確。被測介質(zhì)工況溫度、壓力變化范圍不大，僅在工作點(diǎn)附近波動，比熱容變化不大，可視作常數(shù)。若工作點(diǎn)壓力溫度遠(yuǎn)離校準(zhǔn)時壓力溫度，則必須在該工作點(diǎn)壓力溫度下調(diào)整。表2列出幾種氣體在不同壓力溫度下的定壓比熱容，可看到其變化程度。
表2 幾種氣體定壓比熱容 cal/(g?K)
種類 | 溫度/K | 壓力 / MPa |
0.001 | 0.1 | 1 | 10 |
空氣 | 300
400
500 | 0.240
0.242
0.246 | 0.241
0.242
0.246 | 0.244
0.244
0.247 | 0.278
0.260
0.257 |
氬氣Ar | 300
400
500 | 0.124
0.124
0.124 | 0.125
0.125
0.125 | 0.127
0.125
0.125 | 0.155
0.139
0.133 |
二氧化碳
CO2 | 300
400
500 | 0.202
0.224
0.242 | 0.204
0.225
0.243 | 0.220
0.231
0.246 | ----
0.314
0.272 |
一氧化碳
CO | 300
400
500 | 0.249
0.250
0.254 | 0.249
0.250
0.254 | 0.253
0.253
0.256 | 0.285
0.272
0.267 |
甲烷CH4 | 300
400
500 | ----
----
---- | 0.54
0.60
0.69 | 0.55
0.61
0.69 | 0.65
0.64
0.71 |
氮?dú)?/span>N2 | 300
400
500 | 0.249
0.250
0.252 | 0.249
0.250
0.252 | 0.252
0.251
0.254 | 0.285
0.268
0.263 |
氧氣O2 | 300
400
500 | 0.220
0.225
0.232 | 0.220
0.225
0.232 | 0.223
0.227
0.223 | 0.259
0.243
0.243 |
注：1cal/ (g?k)=4186.8J/ (kg?K)
（2）流量值的換算
熱分布式TMF制造廠通常用空氣或氮?dú)庠诼愿哂诔旱氖覝毓r條件下標(biāo)定（校準(zhǔn)）。如實(shí)際使用工況有異或不用于同一氣體，均可通過各自條件下比熱容或換算系數(shù)換算。
1）同一氣體不同工況的流量換算 從表2的數(shù)值可以看出空氣、氬氣、一氧化碳、氮?dú)?、氧氣壓力?MPa以下、溫度在400K以下變化，定壓比熱容變化僅在1%~2%之間，大部分使用場所可不作換算；壓力溫度變換較大時也可利用式6計(jì)算，因?yàn)橥粴怏w兩種工況條件下定壓比熱容的比值與摩爾定壓比熱容的比值是相等的。
2）不同氣體間流量換算 有些制造廠的使用說明書給出以空氣為基數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)F，可按式6換算；也可直接以標(biāo)定（校準(zhǔn)）氣體和實(shí)際使用氣體的摩爾定壓比熱按式6換算，但因還有熱導(dǎo)率等其他因素，換算后精度要降低些。表3給出若干氣體按摩爾定壓比熱容直接計(jì)算和若干制造廠提供的兩種轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)據(jù)，其中Freon12兩者差別較大。
表3 幾種氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)
氣體名稱 | 化學(xué)式 | 摩爾定壓比熱容J/(moI.k) | 轉(zhuǎn)換系數(shù) F |
按cp值計(jì)算 | 若干制造廠
提供范圍 |
空氣 |
| 29.1 | 1 | 1 |
氨 | NH3 | 37.3 | 0.781 | 0.77~0.79 |
二氧化碳 | CO2 | 36.6 | 0.798 | 0.73~0.80 |
一氧化碳 | CO | 29.1 | 1.002 | 1.00 |
甲烷 | CH4 | 35.4 | 0.823 | 0.69~0.90 |
乙烷 | C2H6 | 51.6 | 0.565 | 0.48~0.56 |
乙烯 | C2H4 | 42.2 | 0.69 | 0.56~0.69 |
Freon 12 | CCI2F | 66.2 | 0.44 | 0.32~0.36 |
氦 | HE | 20.9 | 1.39 | 1.37~1.43 |
氬 | Ar | 20.9 | 1.39 | 1.39~1.43 |
氫 | H2 | 28.6 | 1.019 | 0.99~1.03 |
氮 | N2 | 29.1 | 1.003 | 1.00~1.02 |
氧 | O2 | 29.2 | 0.999 | 0.97~1.00 |
各廠提供的轉(zhuǎn)換系數(shù)單雙原子氣體差別較小，僅百分之幾；烴類氣體則差別較大，達(dá)20% ~30%。
4.3 儀表性能考慮
（1）流量范圍、流速和范圍度
熱式質(zhì)量流量計(jì)的流量應(yīng)以單位時間流過的質(zhì)量來表示，但測量氣體時習(xí)慣上亦常以計(jì)算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位時間流過的體積表示。流速亦以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位時間流過距離的長度表示。與其他流量計(jì)相比，熱式質(zhì)量流量計(jì)適用于低流速范圍，特別是小口徑熱分布式；帶測量短管浸入檢測桿式可選上限（滿度）流速范圍較寬，上限范圍度（**上限流量/最小上限流量）在10~ 30（TH1200型）和60~80 (TH1300型)之間。
插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)的上限流速選擇范圍較寬，可在0.5~100m/s,但較多用于3~60m/s之間，視儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而異。插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)適用于低流速煙道氣測量。
液體用熱式質(zhì)量流量計(jì)的上限流量很小，國外現(xiàn)有產(chǎn)品上限流量范圍在10－1~102g/min數(shù)量級之間；流量范圍度在10:1~50:1之間。
（2）精確度和重復(fù)性
熱式質(zhì)量流量計(jì) 具有中等測量精確度。熱分布式的基本誤差通常在±（2~2.5）%FS之間。國外設(shè)計(jì)優(yōu)良的產(chǎn)品則有較高精確度，基本誤差為±1%FS，重復(fù)性則在0.2%~0.5%FS之間。帶測量短管浸入式的基本誤差相仿，亦在±（2~2.5）%之間，設(shè)計(jì)優(yōu)良的產(chǎn)品可達(dá)±2%R。插入式除儀表本身基本誤差外，還應(yīng)加上流速分布系數(shù)變化影響等，單點(diǎn)測量影響較大，多點(diǎn)或多檢測桿則影響較小，合計(jì)約在±（2.5~5）%FS之間。
插入式儀表檢測的點(diǎn)數(shù)視流通面積和流動狀況而定，有制造廠在正常流速分布流動狀況下，推薦檢測點(diǎn)數(shù)為：；圓管直徑在200mm以下為單位單點(diǎn)，200~300mm為雙點(diǎn)，350~700mm為3~4點(diǎn)，750~1200為5點(diǎn)，1250mm以上為6點(diǎn)。矩形管面積0.05m2以下為單點(diǎn)，0.1~0.2m2為2~4點(diǎn)，0.2~2.5mm2為4~12點(diǎn)，2.5m2以上為12~20為點(diǎn)。
（3）響應(yīng)性
在流量儀表中TMF的響應(yīng)時間是比較長的，時間常數(shù)一般為2~5s，響應(yīng)較快者為0.5s，有些型號長達(dá)數(shù)秒、十幾秒甚至幾十秒者。若應(yīng)用于控制系統(tǒng)不能選用響應(yīng)時間長的儀表。
（4）流體溫度，環(huán)境溫度和環(huán)境溫度影響量
流體使用溫度一般為0~500C，范圍較寬者為─10~1200C，應(yīng)用于窯爐或煙道的高溫高粉塵型則可高達(dá)5500C。加熱熱源溫度高于氣體數(shù)十度（K）。
測量氣體時流體溫度變化，不像體積流量儀表那樣氣體體積變化改變所測（體積）流量，并不影響質(zhì)量流量，然而如前文所述若溫度變化過大，比熱容的變化會導(dǎo)致量程變化。這種影響因氣體種類而異，如空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣等影響量不大；但有些氣體例如甲烷壓力在0.1MPa，溫度從300K升高到400K定壓比熱容要增加11.1%（見表2）此外還有零點(diǎn)偏移影響。
環(huán)境溫度適用范圍通常為(0~50)0C。較寬者為(─10~ +80)0C。環(huán)境溫度激烈變化將影響經(jīng)外殼散失的熱量，導(dǎo)致測量值的變化，包括零點(diǎn)偏移和量程變化。環(huán)境溫度影響量一般為±(0.5~1.5)%/10K，但也有一些制造廠聲稱無環(huán)境溫度影響。
（5）壓力損失
氣體用儀表壓力損失很小，滿量程流量時熱分布式壓力損失均在10kpa以下，其中帶層流分流部件（或無分流部件）的小管型。
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