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詳細(xì)介紹
熱式質(zhì)量流量計(Thermal Mass Flowmeter,以下簡稱TME）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。當(dāng)前主要用于測量氣體。
熱式流量儀表用得*多有兩類，即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（thenmaI prohIe fIowmeter）曾稱量熱式TMF；2)利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律（King s Iaw）TMF。又由于結(jié)構(gòu)上檢測元件伸入測量管內(nèi)，也稱浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用時從管外插入工藝管內(nèi)的儀表稱作插入式（insertion type）。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—應(yīng)用
1.公用工程…電、氣、水處理的監(jiān)控
管道的氣體;通用系統(tǒng);沼氣;煤氣;天然氣;液化氣;鍋爐預(yù)熱空氣
2.石油與天然氣工業(yè)
能量交換;填井氣回收;燃?xì)庥嬃?氣體質(zhì)量分析;泄漏氣測試;天然氣測量;火炬氣的監(jiān)控
3.電力行業(yè)
燃料系統(tǒng)中氣體分配過程中的氣體測量;鍋爐及輔助系統(tǒng)中各種氣體的測量;燃?xì)鉅t中氣體測量氫氣測量;電廠高爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)的測量
4.化學(xué)行業(yè)
煙氣循環(huán)監(jiān)測;采樣系統(tǒng)中氣體流量計量;引風(fēng)機(jī)的氣體流量計量;化肥廠氨氣測量;電池工廠各種氣體流量測量
5.冶金行業(yè)
銦鐵廠加氣測量;煉鐵廠髙爐煤氣的測量;焦化廠焦?fàn)t煤氣的測量;軋鋼廠加熱爐燃?xì)?高爐煤氣焦化煤氣、天然氣等)的測量控制;熱處理淬火爐等的氫、氧、氮等氣體的控制
6.紙漿與造紙行業(yè)
廢水處理系統(tǒng)中氣體的測量;煙道流量監(jiān)控;鍋爐回收二次/三次空氣;鍋爐的燃?xì)夂涂諝馑惋L(fēng)測量
7.食品及醫(yī)藥行業(yè)
加工操作中新鮮空氣的加入;啤酒廠中的二氧化碳處理;瓶子消毒器中的熱空氣的流量;熱氧化過程中氣體流量測量;通風(fēng)系統(tǒng);鍋爐進(jìn)氣、廢氣、過程控制
8.環(huán)保
沼氣利用過程中的氣體測量;氯氣處理過程中氯氣氣體測量;污水處理過程中曝氣池的氣體測量煙筒煙道排氣監(jiān)測S02和Nx的排量
9.其他行業(yè)
工廠壓縮空氣測量;煤粉燃燒過程粉氣配比控制燃料;水泥工業(yè)豎式磨粉機(jī)排放熱氣流量控制。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—熱分布式TMF
熱分布式TMF的工作原理如圖1所示，薄壁測量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測元件的繞組2，組成惠斯登電橋，由恒流電源5供給恒定熱量，通過線圈絕緣層、管壁、流體邊界層傳導(dǎo)熱量給管內(nèi)流體。邊界層內(nèi)熱的傳遞可以看作熱傳導(dǎo)方式實現(xiàn)的。在流量為零時，測量管上的溫度分布如圖下部虛線所示，相對于測量管中心的上下游是對稱的，由線圈和電阻組成的電橋處于平衡狀態(tài)；當(dāng)流體流動時，流體將上游的部分熱量帶給下游，導(dǎo)致溫度分布變化如實線所示，由電橋測出兩組線圈電阻值的變化，求得兩組線圈平均溫度差ΔT。便可按下式導(dǎo)出質(zhì)量流量qm，即 qm=K*A/Cp*ΔT
（1）式中 Cp -------被測氣體的定壓比熱容；
A -------測量管繞組（即加熱系統(tǒng)）與周圍環(huán)境熱交換系統(tǒng)之間的熱傳導(dǎo)系數(shù)；
K -------儀表常數(shù)。
在總的熱傳導(dǎo)系數(shù)A中，因測量管壁很薄且具有相對較高熱導(dǎo)率，儀表制成后其值不變，因此A的變化可簡化認(rèn)為主要是流體邊界層熱導(dǎo)率的變化。當(dāng)使用于某一特定范圍的流體時，則A、Cp均視為常量，則質(zhì)量流量僅與繞組平均溫度差成正比，如圖2中Oa 段所示。
測量管加熱方式大部分產(chǎn)品采用兩繞組或三繞組線繞電阻；除管外電阻絲繞組加熱方式外還有利用管材本身電阻加熱方式，如表1所示。測量管形狀有直管形，還有∏字形結(jié)構(gòu)，三繞組中一組在中間加熱，兩組分繞兩臂測量溫度。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—基于金氏定律的浸入型TMF
兩溫度傳感器（熱電阻）分別置于氣流中兩金屬細(xì)管內(nèi)，一熱電阻測得氣流溫度T；另一細(xì)管經(jīng)功率恒定的電熱加熱，其溫度Tv高于氣流溫度，氣體靜止時Tv*高，隨著質(zhì)量流速ρU增加，氣流帶走更多熱量，溫度下降，測得溫度差ΔT=Tv-T。這種方法稱作“溫度差測量法”或“溫度測量法”。
若保持ΔT恒定，控制加熱功率隨著流量增加而增加功率，這種方法稱作“功率消耗測量法”。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—優(yōu)點
a、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TMF更適合于大管徑。
b、TMF無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小；帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖在測量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。
c、TMF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，壓力傳感器和計算單元等，僅有流量傳感器，組成簡單，出現(xiàn)故障概率小。
d、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，實驗證明差別僅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。
e、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)。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—缺點
a. 熱式質(zhì)量流量計響應(yīng)慢。
b. 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。
c. 對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當(dāng)熱量。
d. 對于熱分布式TMF，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，一般情況下不能使用。
e. 對脈動流在使用上將受到限制。
f. 液體用TMF對于粘性液體在使用上亦受到限制。
國產(chǎn)熱式質(zhì)量流量計—安裝姿勢（方向）
a. 熱分布式
大部分熱分布式TMF的流量傳感器可任何姿勢（水平、 垂直或傾斜）安裝，有些儀表只要安裝好后在工作條件壓力、溫度下作電氣零點調(diào)整。然而有些型號儀表對安裝姿勢具有敏感性，大部分制造廠會對此就安裝姿勢影響和安裝要求作出說明。例如LDG-□DB系列為減少環(huán)境氣氛對流傳熱影響，只能水平安裝，水平度允差±20。應(yīng)用于高壓氣體時流量傳感器則寧可選擇水平安裝，因為這樣便于做到調(diào)零的零偏置。
b.浸入式
大部分浸入式TMF性能不受安裝姿勢影響。然而在低流速測量時因受管道內(nèi)氣體對流的熱流影響，使安裝姿勢顯得重要。因此在低和非常低流速流動時要獲得精確測量，必須遵循制造廠依據(jù)儀表設(shè)計結(jié)構(gòu)而定的安裝建議。
② 前置直管段
a.熱分布式
本類儀表對上下游配管布置不敏感，通常認(rèn)為無上下游直管段長度要求。國際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO/DIS 11451認(rèn)為流量測量不受旋轉(zhuǎn)流和流速場剖面畸變影響。然而BS 7405卻認(rèn)為；①上下游直管段長度可小至2D；②在進(jìn)口端置一金屬（或塑料）網(wǎng)，可有效地改善流速分布畸變，得到分布均勻的氣流；③要防止從小管徑突然擴(kuò)大進(jìn)入較大口徑儀表，要緩慢過渡。
b.浸入式
帶測量管的浸入式流量傳感器和插入式儀表需要一定長度前置直管段，ISO/DIS 14511對此未作具體規(guī)定，而按制造廠建議的值。BS 7405建議對于在管道中用插入熱絲流速計時，需要(8～10)D的上游直管段和(3～5)D的下游直管段。下表列舉了Sierra公司對帶測量管浸入式TMF所規(guī)定的上直管段長度；若在其進(jìn)口端裝一塊或二快多孔板式流動調(diào)整器（整流器）后，則其長度可大為縮短，如表*右列所示。
③ 儀表連接管道的振動
連接TMF的管道在常見實際范圍內(nèi)的振動不會產(chǎn)生振動干擾，在正常情況下不影響儀表的測量性能。惟插入式TMF的檢測桿必須牢固地固定于管道，并避免裝在有振動的場所。
④ 脈動流的影響
TMF響應(yīng)時間長，不適應(yīng)脈動流流量測量。若作測脈動流測量，應(yīng)了解TMF的響應(yīng)性，以保證能跟隨的上脈動的速度變化。脈動引起的測量誤差通常使儀表輸出偏高，其程度取決于脈動幅值和頻率。
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