淺析熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的發(fā)展及結(jié)構(gòu)原理

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是利用加熱時(shí)液體溫度上升至某一值所需的能量與液體質(zhì)量之間的關(guān)系來(lái)測(cè)量液體或氣體質(zhì)量的一種流量?jī)x表。一般用來(lái)測(cè)量煤氣等氣體質(zhì)量的流量。它具有壓損小、流量范圍度大、高精度、高重復(fù)性、高可靠性、體積小、易維護(hù)不易損壞等特點(diǎn)。

早期的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)直接將加線圈和測(cè)溫元件放入液體中與液體接觸，是一種接觸式流量計(jì)，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中普遍存在腐蝕、磨損及防爆問(wèn)題，使它在工業(yè)應(yīng)用中受到很大限制。到 20 世紀(jì) 50 年代，人們又提出了不接觸液體的邊界層流量計(jì)，克服了接觸式流量計(jì)的缺點(diǎn)，但測(cè)量結(jié)果受介質(zhì)參數(shù)(如熱導(dǎo)率、比率、粘度)以及環(huán)境的震動(dòng)等因素的影響。

到 20 世紀(jì) 70 年代，基于測(cè)量液體溫度分布的熱分布型 TMF，優(yōu)點(diǎn)很多，但只適用于小管徑測(cè)量。此后，人們又設(shè)計(jì)了一種插入式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，它在國(guó)內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展，可以用來(lái)測(cè)量大管徑的氣體流量。

多點(diǎn)平均矩陣式 670S熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)使用不銹鋼傳感探頭，增加了準(zhǔn)確性、堅(jiān)固性和可靠性。它有兩個(gè)探頭伸入到被測(cè)氣體中，一個(gè)速度傳感器用來(lái)檢測(cè)質(zhì)量，一個(gè)自動(dòng)修正溫度變化的溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)氣體溫度，這兩個(gè)探頭使用參考級(jí)甘溫元件——鉑熱電阻。

插入式TMF用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)鉑熱電阻(RTD)的鉑絲纏繞在一套磁芯棒上插入到一個(gè)堅(jiān)固的不銹鋼套筒中，速度傳感器 RTD 的電阻比溫度傳感器 RTD 的電阻小得多，并由電子設(shè)備供電產(chǎn)生熱量。插入式 TMF的工作原理基于熱力學(xué)定律，即電子設(shè)備提供給速度傳感器的電功率等于流動(dòng)的氣體對(duì)流換熱所帶走的熱量。

式中：

h 為傳熱系數(shù)；

Tu為速度傳感器的溫度；

AS為圓柱形探頭表面積；

T 為溫度傳感器測(cè)得的氣體溫度。

參與速度傳感器周圍的熱邊界層換熱的是流動(dòng)的氣體分子。因此插入型 TMF 傳感器檢測(cè)到的是流體的質(zhì)量和流量：

a1，a2，m 均為經(jīng)驗(yàn)確定的系數(shù)，他們由被測(cè)氣體的傳熱系數(shù)、粘度等系數(shù)決定。

多點(diǎn)距陣排列插入式 TMF，在傳感器沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有 4~16 個(gè)不等的質(zhì)量流速探頭，用來(lái)測(cè)量大管徑的總質(zhì)量流量。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)多點(diǎn)插入型傳感器設(shè)置劃分為個(gè)等面積環(huán)，在每個(gè)等面積環(huán)的質(zhì)心設(shè)置一個(gè)熱式質(zhì)量流速探頭。