淺談電熱式氣體質(zhì)量流量計的研究概述

研發(fā)的熱式氣體質(zhì)量流量計能自動檢查和變送細(xì)小流量，丈量氣體的規(guī)模是0 -101/hr(帶旁通可擴展至0 -3001/hr或許更大)，具有作業(yè)壓力高、溫度規(guī)模寬、耐腐性能好、輸出規(guī)范電流等特征，是完成中小型設(shè)備自動化的主要東西。

細(xì)小流量的自動檢查在很多工業(yè)部分(如原子能工業(yè)、石油和化學(xué)工業(yè)、航空、半導(dǎo)體、醫(yī)藥、輕工、食物及環(huán)保等部分)取得廣泛的使用;現(xiàn)已開展了多種檢查小流量的技能，如內(nèi)孔板、毛細(xì)管、小型渦輪流量計和熱式氣體質(zhì)量流量計等。因為毛細(xì)管和內(nèi)孔板設(shè)備容易阻塞，而渦輪式小流量計機械加工又請求很高，這就約束了它們的廣泛使用。熱式氣體質(zhì)量流量計不但能克服這些缺點，并且能直讀質(zhì)量流量，沒有可動部件，安穩(wěn)性好，可靠性高，量程寬，線性好等。這些年，各國均有工業(yè)化商品報道，是小流量范疇特征的檢查外表。

國內(nèi)一些科研和出產(chǎn)部分，近十幾年來，在熱式氣體質(zhì)量流量計研討作業(yè)中亦作過不少作業(yè)，但直到現(xiàn)在為止，沒有見到有定型的商品。

熱式氣體質(zhì)量流量計的開展已有近七十年的前史，初始的暖流量計由Thomas(托馬斯)提出，構(gòu)造原理示于圖1。它由加熱電源去堅持兩測溫元件之間安穩(wěn)的溫差(或許加熱功率不變而溫差可變)，其加熱元件和測溫元件均被加工成柵狀，以立體方式跨過流體的全部橫截面，寫入的熱量Q與質(zhì)量流量M的為:

式中C為流體的比熱，4t為測溫元件間的溫差。由(1)式可知，當(dāng)堅持安穩(wěn)的溫差時，則Q是M的線性函數(shù);而堅持安穩(wěn)功率時，則△t反比于M。

托馬斯流量計把全部熱式氣體質(zhì)量流量計丈量元件置于流體中，這樣易受沖擊、腐蝕、磨損和污染，并且因為全部流體均被加熱，當(dāng)用其丈量大流量的氣體或液體時，功率損耗和外表的呼應(yīng)時刻就變得很大。盡管如此，直到現(xiàn)今，仍有一些工廠在出產(chǎn)根據(jù)托馬斯外表原理的被稱作熱絲式和熱膜式風(fēng)速計的流量外表。

對托馬斯流量計的改善表現(xiàn)為兩個方面，其一是把加熱元件和測溫元件的功用融構(gòu)成一體，此類外表稱作自加暖流量計，其二是將測溫和加熱元件設(shè)置子薄壁丈量管的外壁，使丈量元件受到保護，免受流體沖擊和腐蝕。此類外表構(gòu)造見圖2。在這種非觸摸式測址構(gòu)造里，繞組W4繞于封閉的作為參比日的金屬管的外壁，而W1:繞于丈量管的外壁。W12,W3與別的兩個固定電阻構(gòu)成惠斯登電橋，中間的管制是擴展量程用的旁通管。參比臂對電源和環(huán)境條件的改變有抵償作用。*，用電橋丈量溫差既方便又安穩(wěn)，熱式氣體質(zhì)量流量計輸出為直流毫伏信號。因而這種辦法得到了很大的開展，主要用來檢查氣體小流量。在堅持安穩(wěn)功率時，溫差t與流量M成份額，因為電橋能夠完成溫差一電阻一m號的轉(zhuǎn)換，所以輸出的mv就直接正比于氣體的質(zhì)量流量 M 。

法國的U65型、U70型等微流量計和美國的LF與HF系列熱式流量計，原則上均屬此種原理。

加熱被測氣沐的辦法除了把直流電通向電阻絲，并經(jīng)薄}r管向氣體內(nèi)傳熱這種方式外，還開展了低頻和高頻加熱丈量管的辦法。低頻的辦法多使用管自身的電阻，在管的兩頭施加低頻低壓交變電流;高頻的辦法多使用環(huán)形fn流或l J}應(yīng)加熱。熱式氣體質(zhì)量流量計這就稱之為熱管式流量計。

檢查溫差的辦法除選用電阻體外，尚可選用熱電偶，通常丈量管自身可作為熱電偶的一極，這種辦法在美國取得了。

第三類熱式氣體質(zhì)量流量計是根據(jù)丈量在管的內(nèi)壁與流體之間構(gòu)成的流體邊界層的原理，因為邊界層的熱傳導(dǎo)與質(zhì)量流量有對應(yīng)，此類外表稱為邊界層熱式流量計，已被一些國家開展為檢查液體小流量的工業(yè)化外表。邊界層流量計的一般方程可表為:

關(guān)于層流n = 1/3;關(guān)于湍流n = 0.8，明顯關(guān)于托馬斯外表，n= 1。但(2)式的C為綜合性常數(shù)，與管內(nèi)徑D、加熱面的軸向長度L、流體的熱導(dǎo)率K、比熱C:及粘度u等有關(guān)。

這篇文章總結(jié)了非觸摸式自加熱型TMF一G氣體熱式氣體質(zhì)量流量計的研發(fā)進(jìn)程。現(xiàn)在的商品能丈量量程為0-300l/hr的氣體流量，壓力可達(dá)250kg/cm2，zui小檢查限小于等于1m分;選用了環(huán)境溫度抵償和增加速呼應(yīng)電路，使外表靈敏度、安穩(wěn)性、重現(xiàn)性均達(dá)到或超過了原規(guī)劃目標(biāo)，其主要性能與法國U70型同類商品適當(dāng)。