德國(guó)E+H熱式質(zhì)量流量計(jì)

熱式質(zhì)量流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱TME）是利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測(cè)量管外加熱體）之間熱量交換關(guān)系來測(cè)量流量的儀表，過去我國(guó)習(xí)稱量熱式流量計(jì)。當(dāng)前主要用于測(cè)量氣體。
德國(guó)E+H熱式質(zhì)量流量計(jì)原理和結(jié)構(gòu)
熱式流量?jī)x表用得zui多有兩類，即
1）利用流動(dòng)流體傳遞熱量改變測(cè)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(jì)
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(cè)元件伸入測(cè)量管內(nèi)，也稱浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用時(shí)從管外插入工藝管內(nèi)的儀表稱作插入式（insertion type）。
熱分布式TMF的工作原理如圖1所示，薄壁測(cè)量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測(cè)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(shí)現(xiàn)的。在流量為零時(shí)，測(cè)量管上的溫度分布如圖下部虛線所示，相對(duì)于測(cè)量管中心的上下游是對(duì)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(dòng)時(shí)，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(shí)線所示，由電橋測(cè)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
式中 cp -------被測(cè)氣體的定壓比熱容；
          A  -------測(cè)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(cè)量管壁很薄且具有相對(duì)較高熱導(dǎo)率，儀表制成后其值不變，因此A的變化可簡(jiǎn)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(shí)，則A、cp均視為常量，則質(zhì)量流量?jī)H與繞組平均溫度差成正比，如圖2 Oa 段所示。 Oa段為儀表正常測(cè)量范圍，儀表出口處流體不帶走熱量，或者說帶走熱量極微；超過a點(diǎn)流量增大到有部分熱量被帶走而呈現(xiàn)非線性，流量超過b點(diǎn)則大量熱量被帶走。
   測(cè)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(cè)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(cè)量溫度。
測(cè)量管加熱和檢測(cè)方式
方    式
感應(yīng)加熱熱電偶   
兩繞組電阻絲
三繞組電阻絲
德國(guó)E+H熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)
檢測(cè)元件
熱電偶
熱電阻絲
熱電阻絲
加熱方式
測(cè)量管焦耳熱
自己加熱
中間繞組加熱
為了獲得良好的線形輸出，必須保持層流流動(dòng)，測(cè)量管內(nèi)徑D設(shè)計(jì)得很小而長(zhǎng)度L很長(zhǎng)，即有很大L/D比值，流速低，流量小。為擴(kuò)大儀表流量，還可采用在管道內(nèi)裝管束等層流阻流件；擴(kuò)大更大流量和口徑還常采用分流方式，在主管道內(nèi)裝層流阻流件（見圖3）以恒定比值分流部分流體到流量傳感部件。有些型號(hào)儀表也有用文丘里噴嘴等代替層流阻流件。
    市場(chǎng)上熱分布式TMF按測(cè)量管內(nèi)徑分為細(xì)管型（也有稱毛細(xì)管型）和小型兩大類，結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。小型測(cè)量管儀表只有直管型，內(nèi)徑為4mm；細(xì)管型測(cè)量管內(nèi)徑僅0.2~0.5mm。稍大者為0.8~1mm，極容易堵塞，只適用于凈化無塵氣體。細(xì)管型儀表還有一種帶有調(diào)節(jié)單元和控制閥等組成一體的熱式質(zhì)量流量控制器，結(jié)構(gòu)如圖4所示。
基于金氏定律的浸入型TMF
金氏定律的熱絲熱散失率表述各參量間關(guān)系，如式2所示。
式中 H/L -------單位長(zhǎng)度熱散失率，J/m•h;
ΔT--------熱絲高于自由流束的平均升高溫度，K；
λ --------流體的熱導(dǎo)率，J/h•m•K;
cV---------定容比熱容，J/kg•k;
ρ---------密度，kg/m3;
U---------流體的流速，m/h;
d--------熱絲直徑，m.
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(cè)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(shí)Tvzui高，隨著質(zhì)量流速ρU增加，氣流帶走更多熱量，溫度下降，測(cè)得溫度差ΔT=Tv-T.這種方法稱作“溫度差測(cè)量法”或“溫度測(cè)量法”。
消耗功率P和溫度差ΔT如式3所示比列關(guān)系，式中B, C, K均為常數(shù)，K在 ~ 之間。從式2便可算出質(zhì)量流速，乘上點(diǎn)流速于管道平均流速間系數(shù)和流通面積的質(zhì)量流量qm
優(yōu)點(diǎn)
熱分布式TMF可測(cè)量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可測(cè)量低~中偏高流速(氣體2~60m/s)，插入式TMF更適合于大管徑。
    TMF無活動(dòng)部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很?。粠Х至鞴艿臒岱植际絻x表和浸入性儀表，雖在測(cè)量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。
    TMF使用性能相對(duì)可靠。與推導(dǎo)式質(zhì)量流量?jī)x表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計(jì)算單元等，僅有流量傳感器，組成簡(jiǎn)單，出現(xiàn)故障概率小。
    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(shí)驗(yàn)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。
     氣體的比熱容會(huì)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)。
缺點(diǎn)
熱式質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)慢。
    被測(cè)量氣體組分變化較大的場(chǎng)所，因cp值和熱導(dǎo)率變化，測(cè)量值會(huì)有較大變化而產(chǎn)生誤差。
    對(duì)小流量而言，儀表會(huì)給被測(cè)氣體帶來相當(dāng)熱量。
    對(duì)于熱分布式TMF，被測(cè)氣體若在管壁沉積垢層影響測(cè)量值，必須定期清洗；對(duì)細(xì)管型儀表更有易堵塞的缺點(diǎn)，一般情況下不能使用。
    對(duì)脈動(dòng)流在使用上將受到限制。
    液體用TMF對(duì)于粘性液體在使用上亦受到限制。