淺談熱式氣體質(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(dòng)檢查和變送細小流量，丈量氣體的規模是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、溫度規模寬、耐腐性能好、輸出規范電流等特征，是完成中小型設備自動(dòng)化的主要東西。

細小流量的自動(dòng)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、半導體、醫藥、輕工、食物及環(huán)保等部分)取得廣泛的使用;現已開(kāi)展了多種檢查小流量的技能，如內孔板、毛細管、小型渦輪流量計和熱式氣體質(zhì)量流量計等。因為毛細管和內孔板設備容易阻塞，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(diǎn)，并且能直讀質(zhì)量流量，沒(méi)有可動(dòng)部件，安穩性好，可靠性高，量程寬，線(xiàn)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。

國內一些科研和出產(chǎn)部分，近十幾年來(lái)，在熱式氣體質(zhì)量流量計研討作業(yè)中亦作過(guò)不少作業(yè)，但直到現在為止，沒(méi)有見(jiàn)到有定型的商品。

熱式氣體質(zhì)量流量計的開(kāi)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(guò)流體的全部橫截面，寫(xiě)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，當堅持安穩的溫差時(shí)，則Q是M的線(xiàn)性函數;而堅持安穩功率時(shí)，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，當用其丈量大流量的氣體或液體時(shí)，功率損耗和外表的呼應時(shí)刻就變得很大。盡管如此，直到現今，仍有一些工廠(chǎng)在出產(chǎn)根據托馬斯外表原理的被稱(chēng)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為兩個(gè)方面，其一是把加熱元件和測溫元件的功用融構成一體，此類(lèi)外表稱(chēng)作自加暖流量計，其二是將測溫和加熱元件設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(lèi)外表構造見(jiàn)圖2。在這種非觸摸式測址構造里，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(gè)固定電阻構成惠斯登電橋，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，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(kāi)展，主要用來(lái)檢查氣體小流量。在堅持安穩功率時(shí)，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管向氣體內傳熱這種方式外，還開(kāi)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}應加熱。熱式氣體質(zhì)量流量計這就稱(chēng)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(lèi)熱式氣體質(zhì)量流量計是根據丈量在管的內壁與流體之間構成的流體邊界層的原理，因為邊界層的熱傳導與質(zhì)量流量有對應，此類(lèi)外表稱(chēng)為邊界層熱式流量計，已被一些國家開(kāi)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，與管內徑D、加熱面的軸向長(cháng)度L、流體的熱導率K、比熱C:及粘度u等有關(guān)。