淺談熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理及應(yīng)用

田麗霞

摘 要：本文闡述了熱式質(zhì)量流量計(jì)的工作原理；與傳統(tǒng)流量計(jì)進(jìn)行對比分析熱式質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)勢和不足；闡述了熱式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用概況和主要品牌；簡單介紹了熱式流量計(jì)如何選用。

關(guān)鍵詞：熱式質(zhì)量流量計(jì)；TMF；測量原理；熱擴(kuò)散

由于熱式流量計(jì)在測量精度、安裝、維修等方面的優(yōu)勢，在熱電、污水、冶金、化工等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用。

1 測量原理

熱式質(zhì)量流量計(jì)較廣泛采用的測量原理有兩種：一種是熱分布式原理，一般應(yīng)用于微管式流量計(jì)用于測小流量；另一種是熱擴(kuò)散式原理，分為恒功率法和恒溫差法。下面主要介紹下熱擴(kuò)散式原理。

（1）恒溫差原理。如圖所示，傳感器有兩個RTD探頭，一個探頭RTD1溫度傳感器測量流體的溫度T1，另一個探頭RTD2速度傳感器在氣體溫度的基礎(chǔ)上再加恒溫△T（△T是通過惠斯通電橋給RTD2通電加熱），由于氣體流過速度探頭帶走了熱量，要保持△T的恒定，就要繼續(xù)補(bǔ)償電功率，而這個補(bǔ)償?shù)碾姽β屎土鬟^的氣體質(zhì)量流量成正比關(guān)系。

根據(jù)耗熱公式△P=CPM△T，知M=△P/ CP△T（△P –加熱電功率；M-流體質(zhì)量；CP—流體比熱容；△T—恒溫）所以氣體質(zhì)量流量與加熱電功率成正比律。

（2）恒功率原理。即：△P=CPM△T中，△P—恒定，△T隨流過的氣體質(zhì)量流量加大而減小。

2 與傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)相比，熱式流量計(jì)具有諸多優(yōu)勢

（1）精度高，不需溫壓補(bǔ)償。由測量原理可知，熱式質(zhì)量流量計(jì)直接測得的是流體（氣體）質(zhì)量流量，不需溫壓補(bǔ)償，精度可達(dá)±1%FS，可以貿(mào)易結(jié)算；差壓式流量計(jì)屬于體積流量計(jì)，氣體狀態(tài)方程可知，體積流量受氣體的溫度壓力影響較大，所以要溫壓補(bǔ)償，并且測量系統(tǒng)部件多、相對復(fù)雜，誤差累積較大，精度不高。

（2）安裝、維護(hù)成本低。熱式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，一般不需維護(hù)，如果需要維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)在線不停產(chǎn)插拔維護(hù)；差壓式流量計(jì)定期檢查針型閥門、導(dǎo)壓管有無泄露、堵塞，定期排污、排氣等，工作量大，成本高。

（3）特別適合大管徑、底流速場合。插入式熱式流量計(jì)應(yīng)用在大口徑管道性價(jià)比高；差壓流量計(jì)應(yīng)用在大口徑管道上造價(jià)高，安裝困難，工程量大。

（4）量程比大。熱式質(zhì)量流量計(jì)量程比可達(dá)100：1；差壓式流量計(jì)一般為5：1。

（5）響應(yīng)時間短。熱式質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)時間1秒；差壓流量計(jì)響應(yīng)時間很長，與引壓管路長短，粗細(xì)有關(guān)。

（6）壓損小。熱式流量計(jì)插入式基本沒有壓力損失，節(jié)約大量能源；差壓式流量計(jì)壓力損失很大，浪費(fèi)能源。

3 熱式質(zhì)量流量計(jì)的不足

（1）在應(yīng)用中，氣體夾雜液體會使儀表讀數(shù)偏大，當(dāng)探頭上液體被吹干后，讀數(shù)恢復(fù)正常；

（2）如果氣體中含有粉塵和水汽，氣體溫度下降后，粉塵和水將會凝混在一起，封堵住探頭，流量計(jì)無法正常工作，針對這一情況，廠家推薦購買在線插拔在線吹掃裝置，但是效果一般；

（3）在一些兩相流，多相流中，混合氣比重的變化，對測量值也會有影響。所以，熱式質(zhì)量流量計(jì)不適用介質(zhì)中含大量的水份，介質(zhì)組分不穩(wěn)定，含雜質(zhì)粉塵較多的場合。

4 應(yīng)用概況與主要品牌介紹

熱式流量計(jì)起源于美國，首先應(yīng)用在宇航業(yè)的氣體質(zhì)量流量控制上，后來在半導(dǎo)體行業(yè)上有所應(yīng)用，并有很大發(fā)展。熱式流量計(jì)目前主要用于測量氣體，應(yīng)用于測量精度要求較高，貿(mào)易結(jié)算的場合，或其他像孔板等差壓流量計(jì)、渦街流量計(jì)測量難以測量的環(huán)境下， 例如：鍋爐一次冷風(fēng)、二次風(fēng)質(zhì)量流量測量保證空氣/燃料配比，以提高鍋爐使用效率及系統(tǒng)控制；磨煤機(jī)進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)及混合風(fēng)的風(fēng)量測量；循環(huán)流化床干燥器、點(diǎn)火器設(shè)備用煤氣管道，供風(fēng)的流量、煤氣用量流量的測量；污水處理瀑氣測量；煤焦化中精制煤氣流量測量的等。

熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)知名進(jìn)口品牌有：FCI/SIERRA /FOX/KURZ/ BINDER/ MAGNETROL/ E+H/ ABB。其中，F(xiàn)CI /MAGNETROL是恒功率式；SIERRA /FOX/KURZ/ E+H/ ABB是恒溫差式；在國內(nèi)BINDER是唯一擁有兩種測量原理的制造商，出廠標(biāo)定全根據(jù)應(yīng)用類型選擇，也是唯一一家可以提供本安型熱擴(kuò)散式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的廠家；MAGNETROL/ E+H/ ABB的熱式質(zhì)量流量計(jì)不是主打產(chǎn)品，沒有競爭優(yōu)勢； SIERRA既有工業(yè)型恒溫差熱擴(kuò)散熱式流量計(jì)也有熱分布式微管式小流量計(jì)，其中工業(yè)型640S系列有防爆證書，熱分布式小流量100、800系列沒有防爆證書；FCI的恒功率熱式流量計(jì)在行業(yè)內(nèi)屬于領(lǐng)軍品牌。

5 如何選用

在選型方面，首先應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境選擇熱式流量計(jì)的形式。如果管徑DN80以內(nèi)一般選擇管道式連接方式，管徑在DN200以上一般選擇插入式；如果測量的介質(zhì)是易燃易爆或環(huán)境中含有可燃性粉塵、易燃易爆氣體，流量計(jì)要按具體情況選防爆型或本安型。

根據(jù)介質(zhì)的特性選擇流量計(jì)的材質(zhì)，如果是一般氣體如空氣、氮?dú)獾冗x316不銹鋼材質(zhì)；腐蝕性氣體如氯氣等一般選哈氏合金 C；如果介質(zhì)的溫度超過177℃，選分體式流量計(jì)；溫度高于230℃按選型樣本選高溫型。

根據(jù)對輸出信號的要求選擇輸出信號的類型是4-20MA/0-10V DC等，有源輸出還是無源輸出，是否帶Hard協(xié)議，是否要RS232/RS484等數(shù)字通訊輸出。

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