热式气体质量流量计-三热丝

热式气体质量流量计韩克勤2015主要内容一、热式气体质量流量计基本结构二、工作原理三、热能传递定量关系四、影响热式气体质量流量计的因素五、使用注意事项热式气体质量流量计

气体流过外热源加热的管道时，带走部分热量，产生温度场的变化，测量管壁温度分布与气体质量的关系，确定管道内气体流动速度。一、热式气体质量流量计基本结构

在一支外层绝缘的薄壁细镍管上，中间绕一组加热丝，两侧对称绕两组阻值相等的铂电阻，作为惠斯登电桥的两臂连接电桥上（也有用两组铂电阻兼作加热和测量的，三绕组式响应快）。中间绕组加热功率恒定，薄壁管长度与直径之比要足够大，在流量测量范围内不能有热量随气体流出损失，以获得良好的线性。热式气体质量流量计基本结构二、工作原理

热式气体质量流量计是利用流动气体传热而改变测量管壁温度分布的变化，测量原理如下：1.管道采用细径薄壁镍管，与管内流体的热交换迅速，管壁很薄热容量小，管壁温度相当于管内气体的温度，而管壁很薄纵向热阻大，管壁上温度分布等于管内气体相应位置的温度。管壁有固定功率加热，温度高于流入的气体，气体静止时（无流量），中间加热的热量向两侧扩散，管壁温度分布曲线是对称的（曲线A），两只测量铂电阻位置的温度相等，电阻阻值相等，惠斯登电桥平衡无输出。二、工作原理2.管道内有气体流动时，外界气体温度低于管内温度，将热量从上游铂电阻Ru带走，经过加热区后，把热量传到下游铂电阻Rd，使Rd温度升高，两只铂电阻出现温差ΔT，惠斯登电桥有信号输出，管壁温度分布曲线向下游移动（曲线B,C）。二、工作原理3.ΔT与流速的关系：随着流速增加，管壁温度分布曲线逐渐向下游移动，ΔT逐渐增加（如ΔT-v关系图所示）。在较低流速范围（0-b段），ΔT-v成正比，这是正常测量范围，此时气体流出不带走或极少带走热量，误差在2%-2.5%。流速增至b-c段出现非线性，此时有部分热量被气体带出出口。流速再继续增加（超过c点），管壁温度分布曲线顶点移至下游铂电阻Rd以外，大量热量被带出，Rd温度不升而降，ΔT相应降低，不能用于测量。二、工作原理

二、工作原理4.热式气体质量流量计是利用气体传递热能的性质做测量的，气体种类和温度等都直接影响热能传递过程，这种流量计适用单一组份或固定比例混合组份测量，适用恒定流量测量，测量脉冲流量准确度差，被测气体温度变化影响流量计准确度。三、热能传递定量关系

气体在管道内传递热能过程包括两部分，一是加热线圈温度高，靠气体热传导将热能传给温度低的区域，二是气体流过管道时，处于室温的气体吸收管道内热能，温度上升，继续向下游流动过程，遇到高于气流温度区域，气体吸收热能，升高温度，遇到低于气流温度区域，气体释放热能，降低温度，气体吸热放热引起的温度变化与气体比热容密切相关。三、热能传递定量关系1.符号含义

λ——气体热导率

ρ——气体密度

v——流速Cp——气体定压比热容

To——气体初始温度S——管道截面积

Th——加热电阻Rh温度

Tu——上游测温铂电阻Ru温度Rh—Ru距离为Lu1Ru散热长度为Lu2Td——下游测温铂电阻Rd温度Rh—Rd距离为Ld1Rd散热长度为Ld2三、热能传递定量关系热导是指由于存在温度差而引起的热能量的迁移，热导率是表示单位温度梯度时单位时间通过垂直热流方向单位面积的热能，三、热能传递定量关系三、热能传递定量关系(引用三热丝传热公式不能完全解释清楚，仅作探讨参考）2.上游的热传递过程静止时，热量从Rh经气体传给Ru的速率为：Qu1=（Th-Tu）λS/Lu1……（1）热量从Ru经气体向外流失的速率为：Qu2=（Tu-To）λS/Lu2……（2）有流速时，热量从Ru向外流出的速率增加，增加部分是将流过气体温度加温后带走热量的速率：qu=（Tu-To）ρCpSv……（3）三、热能传递定量关系上游铂电阻总的增加和减少的热量速率相等：Qu1=Qu2+qu……（4）将（1）（2）（3）式代入（4）式：三、热能传递定量关系3.下游的热传递过程静止时，热量从Rh经气体传给Rd的速率为：Qd1=（Th-Td）λS/Ld1……（7）热量从Rd经气体向外流失的速率为：Qd2=（Td-To）λS/Ld2……（8）有流速时，经过Rd的热量包括从上游Ru带来的和经过Rh加热的热量，Rh加热部分占通过Rd总量的比例为C，此时，热量流入Rd的速率增加，增加部分是：qd=C（Th-Td）ρCpSv+(1-C)（To-Td）ρCpSv……(9)三、热能传递定量关系下游铂电阻总的增加和减少的热量速率相等：Qd1+qd=Qd2……（10）将（7）（8）（9）式代入（10）式：将上式整理并消去S：三、热能传递定量关系再整理合并提取出Td:三、热能传递定量关系

三、热能传递定量关系四、影响热式气体质量流量计的因素

1.温度：加热绕组温度与气体温度的温差与传感器输出大致成正比，气体温度升高，与加热绕组温差减小，传感器灵敏度降低，反之，气体温度降低可提高灵敏度。必须对仪器的温度敏感性做修正，其方法有：A、修正加热温度，使加热温度与气体温差保持恒定。B、保持加热绕组恒温，修正桥路信号的放大倍数，与气体温度变化适应。所以仪器测量流量的同时还要测量气体温度（现场温度）。四、影响热式气体质量流量计的因素五、使用注意事项

1.适用测量单一组分或固定比例的多组分气体，气体必须清洁，水蒸气的物理参数与空气等被测气体不同，所以湿度大时对测量准确度有影响。气体中灰尘也会影响热传导。2.使用过程管道表面要保持清洁，不能附着灰尘、油污等，不能有水和其它杂质凝结、沉积。结垢，否则影响热传导。特别是毛细管传感器要防止灰尘堵塞。五、使用注意事项3.流量计响应时间为秒级，测量恒定流量为佳，不宜