热质质量流量计

1、热质量流量计的原理和概述2010-5-31 15:073:00资料来源：江苏信笺仪有限公司热质量流量计热式质量流量计(以下TME)是利用传热原理，即流动中流体和热源(流体中加热的物体或测量管热体)之间的热更换关系测量流量的仪器，过去我国习惯于测量热流计。目前主要用于测量气体。20世纪90年代初期，全球TMF销售额约占流量计的8%，约4.5万台。据推算，国内90年代中期的销售量为每年1000多台左右。科举工艺工业用仪表主要是热分散，近几年才开发出热(或冷却)效应式。1.原理和结构热式流量计最多用作两个茄子类别。1)热分散的热分散流量计(thenmaI prohIe fIowmeter)测量热式T

2、MF，它使用流动流体传递热量。2)利用热耗散(冷却)效应的金氏法则TMF。此外，由于结构检测到的组件进入测量管道，因此也称为渗透型或侵入型。使用时，某些从管道外部插入到处理管道内部的仪表盘称为“插入类型”(insertion type)。1.1热扩散TMF热分散TMF的工作原理如图1所示，薄壁测量管3外壁以用作加热器和测试元件的两组绕组2为中心形成惠斯顿桥，并在恒流电源供应装置5中提供恒定的热量。通过线圈绝缘层、管壁和流体边界层将热量传递到管内流体。边界层内的传热可以用传热方式实现。流量为零时，测量管道的温度分布如图下虚线所示，基于测量管道中心的上游和下游对称，由线圈和电阻组成的桥梁平衡。流体

3、流动时，流体将上游的部分热量带到下游，真实地表示温度分布变化，并测量桥上两组线圈电阻值的变化，得出两组线圈平均温差T。可以导出质量流量QM，如下所示(1)类型CP -测量气体的恒压比热容；测量a管绕组(即加热系统)和周围热更换系统之间的热传导系数。k仪器常数。在整体热传导系数A中，由于测量管道壁薄、热传导率相对高，仪表制造后值不会改变，因此A的变化主要简化了被认为是流体边界层热导率的变化。使用特定范围的流体时，A，CP均被视为常数，质量流仅与绕组的平均温差成正比，如图2 Oa段所示。Oa段是仪表的正常测量范围，仪表出口的流体不带热量，或带很少热量。超过a点的流量带走部分热量，呈非线性，流量超过

4、B点的话，大量热量消失。测量管加热方法大多数产品使用2绕组或3绕组电阻。除了管道外，还有利用管道本身的电阻加热的方法，如表1所示。测量管形状有直形结构，三组中的一组在中间加热，两组以双臂为中心测量温度。表1测量管加热和测试方法方法柔道加热热电偶2绕组电阻线三绕组电阻线结构检查元件热电偶热电阻史热电阻史加热方法管道热测量自行加热中间绕组加热要获得良好的线性输出，必须保持层流，管道内径D非常小，长度L牙齿很长。也就是说，L/D比率大，流速低，流速小。为了扩大仪表流量，还可以采用在管道内安装管束等层流电阻流。扩大更大的流动和口径往往采用分类方式，在主电线上安装层流电阻器(见图3)，按一定比例将一些流

5、体分类为流量检测部件。部分模特界也使用文丘里莲蓬头等代替层流电阻流。市场上的热分散TMF根据测量管道内径，分为管(也称为毛细管型)和小两类茄子，结构上有很大差异。小型测量关系只有直管，内径为4mm是。管类型测量管内径只有0.2到0.5mm。稍大的容易被0.8 1毫米堵塞，仅适用于净化无尘气体。管状仪表还包括由一个调节装置和控制阀等组成的热式质量流控制器，如图4所示。1.2基于金氏定律的浸入式TMF金某定律的烈士热损失率在公式2中列出了各参数之间的关系。(2)格式h/l -单位长度热损失系数，j/MH； t形热线高于自由梁的平均上升温度，k。 -流体的导热系数，j/hmk；Cv -固定容量比热容

6、，j/kgk； -密度，kg/m3；U -流体流量，m/h；D -火线直径，m .如图5所示，两个温度传感器(热阻)分别放置在气流的两个金属管内，一个热阻测量气流温度T。另一个管道通过功率恒定的电热加热，温度电视高于棋类温度，气体停止时电视最高，随着质量流速U的增加，气流带走更多的热量，温度下降，测量温差。T=TV-T。牙齿方法称为“温度差测量方法”或“温度测量方法”。功耗P和温差 T是行关系，表达式的B，C，K都是常数，K如表达式3所示？之间。可以从格式2计算质量流速，乘以点流速，再乘以管道平均流速之间的系数和流通面积的质量流速QM，然后将样式3转换为格式4。(3)(4)在表达式4中，E是与

7、导热系数、比热容、粘度等测量的气体物性相关的系数，如果气体成分和物性恒定，则认为是常数。d是与实际流相关的常量。 T保持恒定，控制加热功率随着流量的增加而增加功率，称为“功耗测量方法”。2、优点热分散TMF测量小流量(气体0.02至2m/s)。浸没TMF可以测量低到中等的高流量(气体2到60m/s)，插件TMF更适合大管道直径。TMF非活动部件，没有分流管的热分散仪表无阻碍流动部件，压力损失小。带有分流管的热分散仪表和浸泡仪在测量管道上有电阻，但压力损失不大。使用TMF的性能相对稳定。与感应式质量流量计相比，不需要温度传感器、压力传感器、计算装置等，只有流量传感器，配置简单，故障概率小。热分散

8、仪表用于H2，N2，O2，CO，NO等理想气体附近的双原子气体，用牙齿气体直接标记的仪器，无需特别校准，只差2%左右。Ar、He等单原子气体乘以系数1.4即可。可以对其他气体使用比热容变换，但是偏差可能会稍大。气体的比热容随压力温度的变化而变化，但在使用的温度压力附近，不大的变化可以视为常数。3、缺点热式质量流量计响应缓慢。测量的气体组变化较大的地方，CP值和热导率变化会导致测量值发生重大变化，产生误差。对于小流量，仪表能给测量的气体带来相当大的热量。在热分散TMF的情况下，如果测量的气体影响管壁沉积层的测量值，则应定期清洗。管状仪表有更容易堵塞的缺点，一般不能使用。脉动流的使用将受到限制。液

9、体用TMF在粘性液体的使用上也受到限制。4、分类根据流体，对传感元件热源的热作用可以分为传热效应和热耗散效应或冷却效果。根据检测变量，可分为温度测量和功耗测量。根据流量传感器结构，可以分为(带测量管道的)进近管道和插入式。根据测量流体可分为气体和液体。气体现在是TMF的主要应用流体，从小流量到大管径大流量都可以使用。液体用TMF从20世纪90年代初中开始开发并应用于工业生产，但现在主要是小流量计。使用带功率测量的热分散TMF和脉冲星冷却元素在测试部分冷却(即额外热)的TMF。后一种测量原理如图6所示，流量传感器包括测量毛细管、电子冷却装置(脉冲星组件)和三茄子温度检出。当管道接触冷却零部件，使

10、液体不流动时，冷却到特定温度时，两种温度相同。液体流动时，在冷却元件附近测量毛细管温度上升(用虚线表示)。通过测量温度检查点的两个温差得出的流量。5.可选注意事项5.1应用程序概览TMF目前大部分用于测量气体，只有少量用于测量小液体流量。热分散仪表口径和流量都很小，多应用于半导体产业外延扩散、石油化学微反应装置、涂层工艺、光纤制造、热处理火炉等不同场所的氢气、氧气、氨、气体等气体流量控制、固体冷却过程中固体蒸发等积累量、阀门制造过程中泄漏量的测量等。用于监控分析设备(例如气相色谱仪和气体分析器)中采样气体的数量。分流式热分散规应用于3050mm以上的管道直径时，一般使用流量传感器测量节流装置或

11、平均速度管、分流部分气体，例如主流管道孔口板块。冷却效果的插件TMF近10年来在环境保护和流程行业得到了迅速发展。例如：水泥产业垂直粉末机械排放热流控制，煤粉燃烧过程粉末/气体比例控制，污水处理中产生的气体流量测量，燃料电池厂各种气体流量测量等。大管道呈放射状排列了由多组检测组件组成的插入检测杆，适用于锅炉入口棋类控制和烟囱烟囱排气监控SO2和NOX排放总量。液体微流量TMF适用于化学、石油化学、食品等与工艺产业的实验装置(如液化气流量测量、注入过程中的流量控制)。高压泵流量控制反馈；液比系统固定流量比控制；直接液化气体液体测定后汽化，供应工业流程或商业销售。此外，还用于颜色频谱分析等仪器中的

12、定量液取样控制和动物试验麻醉液流量测量。液体微流量TMF国内定型产品还没有看到。5.2流体类型和质量属性TMF只能用于测量干净的单相流体。气体、液体、气体的模型不能用于液体，反之亦然。对热分散气体，必须是干燥气体，含湿气渡边杏。流体能产生的沉积、结垢和冷凝物都可能影响仪表性能。对于热分散TMF制造商，还必须提供允许的不清洁度。例如，大多数允许的粒子粒度都允许用户决定在米前安装过滤器。浸泡TMF在清洁度要求低的情况下，可用于测量烟道气，但必须有阀门等插入机构，不再是不断流动的条件下，可以取出测试头。(1)流体的比热容和热导率如类型1和类型2所示，TMF工作时，流体的比热容和热导率必须保持不变，才

13、能准确测量。测试的介质工作温度、压力变化范围不大，仅在工作点附近波动，比热容变化不大，可以视为常数。如果工作点压力温度在校准时远离压力温度，则必须在相应的工作点压力温度下调整。表2列出了几种茄子气体在徐璐不同压力温度下的恒压比热容，并可以看到其变化程度。表2多种气体静压比热容cal/(GK)种类温度/K压力/MPa0.0010.1110空气3004005000.2400.2420.2460.2410.2420.2460.2440.2440.2470.2780.2600.257氩3004005000.1240.1240.1240.1250.1250.1250.1270.1250.1250.155

14、0.1390.133二氧化碳二氧化碳3004005000.2020.2240.2420.2040.2250.2430.2200.2310.246-0.3140.272一氧化碳寇3004005000.2490.2500.2540.2490.2500.2540.2530.2530.2560.2850.2720.267甲烷CH4300400500-0.540.600.690.550.610.690.650.640.71氮N23004005000.2490.2500.2520.2490.2500.2520.2520.2510.2540.2850.2680.263氧O23004005000.2200.2

15、250.2320.2200.2250.2320.2230.2270.2230.2590.2430.243注：1cal/(GK)=4186.8j/(kgk)(2)流量值转换热分散TMF制造厂通常用空气或氮在比常压稍高的室温条件下校准(校准)。如果实际使用条件不同或不用于相同的气体，则可以在每个条件下通过比热容或转换系数进行转换。1)对同一气体不同工作条件的流量转换，从表2的数值可以看出空气、氩、一氧化碳、氮、氧压力在1MPa以下，温度在400K以下，静压比热容变化仅在1%到2%之间，大多数使用处不能换算。压力温度转换较大时，也可以利用表达式6计算。因为在同一气体的两个茄子条件下，比热容的比率等于

16、摩尔静压比热容的比率。2)气体间流量转换部分制造厂的使用说明书提供了基于空气的转换系数F，可以转换为表达式6。气体和实际使用的气体的摩尔静压比热可以直接换算为6，但有热导率等其他因素，转换后的准确度必须降低。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，)表3显示了根据摩尔静压比热容直接计算的气体和多个制造工厂提供的两个茄子转换系数数据，其中Freon12有很大区别。表3几种气体的换算系数气体名称化学式摩尔静压比热容J/(moI.k)转换系数f按Cp值计算几家制造厂提供范围空气29.111氨NH337.30.7810.77-0.79二氧化碳二氧化碳36.60.7980.73-0.80一氧化碳寇29.11.0021.00甲烷CH435