热式质量流量计概述热式质量流量计(Thermal Mass Flowmeter,以下简称TME）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。热式质量流量计基本原理热式流量仪表用得*多有两类，即1）利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（thenmaI pr......

详细介绍

热式质量流量计—概述
热式质量流量计(Thermal Mass Flowmeter,以下简称TME）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。

热式质量流量计—基本原理
热式流量仪表用得*多有两类，即1）利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF；2)利用热消散（冷却）效应的金氏定律（King s Iaw）TMF。又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertion type）。

① 热分布式TMF
热分布式TMF的工作原理如图1所示，薄壁测量管3外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组2，组成惠斯登电桥，由恒流电源5供给恒定热量，通过线圈绝缘层、管壁、流体边界层传导热量给管内流体。边界层内热的传递可以看作热传导方式实现的。在流量为零时，测量管上的温度分布如图下部虚线所示，相对于测量管中心的上下游是对称的，由线圈和电阻组成的电桥处于平衡状态；当流体流动时，流体将上游的部分热量带给下游，导致温度分布变化如实线所示，由电桥测出两组线圈电阻值的变化，求得两组线圈平均温度差ΔT。便可按下式导出质量流量qm，即 qm=K*A/Cp*ΔT
（1）式中 Cp -------被测气体的定压比热容；
A -------测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数；
K -------仪表常数。
在总的热传导系数A中，因测量管壁很薄且具有相对较高热导率，仪表制成后其值不变，因此A的变化可简化认为主要是流体边界层热导率的变化。当使用于某一特定范围的流体时，则A、Cp均视为常量，则质量流量仅与绕组平均温度差成正比，如图2中Oa 段所示。
测量管加热方式大部分产品采用两绕组或三绕组线绕电阻；除管外电阻丝绕组加热方式外还有利用管材本身电阻加热方式，如表1所示。测量管形状有直管形，还有∏字形结构，三绕组中一组在中间加热，两组分绕两臂测量温度。

② 基于金氏定律的浸入型TMF
两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv*高，随着质量流速ρU增加，气流带走更多热量，温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T。这种方法称作“温度差测量法”或“温度测量法”。
若保持ΔT恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法称作“功率消耗测量法”。

热式质量流量计—优点
a、热分布式TMF可测量低流速（气体0.02～2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低、中、偏高流速(气体2～60m/s)；插入式TMF更适合于大管径。
b、TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。
c、TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简单，出现故障概率小。
d、热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双原子气体，不*这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。
e、气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。

热式质量流量计—缺点
a. 热式质量流量计响应慢。
b. 被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。
c. 对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。
d. 对于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。
e. 对脉动流在使用上将受到限制。
f. 液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到限制。

热式质量流量计—安装姿势（方向）
a. 热分布式
大部分热分布式TMF的流量传感器可任何姿势（水平、垂直或倾斜）安装，有些仪表只要安装好后在工作条件压力、温度下作电气零点调整。然而有些型号仪表对安装姿势具有敏感性，大部分制造厂会对此就安装姿势影响和安装要求作出说明。例如LDG-□DB系列为减少环境气氛对流传热影响，只能水平安装，水平度允差±20。应用于高压气体时流量传感器则宁可选择水平安装，因为这样便于做到调零的零偏置。
b.浸入式
大部分浸入式TMF性能不受安装姿势影响。然而在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响，使安装姿势显得重要。因此在低和非常低流速流动时要获得精确测量，必须遵循制造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。
② 前置直管段
a.热分布式
本类仪表对上下游配管布置不敏感，通常认为无上下游直管段长度要求。国际标准草案ISO/DIS 11451认为流量测量不受旋转流和流速场剖面畸变影响。然而BS 7405却认为；①上下游直管段长度可小至2D；②在进口端置一金属（或塑料）网，可有效地改善流速分布畸变，得到分布均匀的气流；③要防止从小管径突然扩大进入较大口径仪表，要缓慢过渡。
b.浸入式
带测量管的浸入式流量传感器和插入式仪表需要一定长度前置直管段，ISO/DIS 14511对此未作具体规定，而按制造厂建议的值。BS 7405建议对于在管道中用插入热丝流速计时，需要(8～10)D的上游直管段和(3～5)D的下游直管段。下表列举了Sierra公司对带测量管浸入式TMF所规定的上直管段长度；若在其进口端装一块或二快多孔板式流动调整器（整流器）后，则其长度可大为缩短，如表*右列所示。
③ 仪表连接管道的振动
连接TMF的管道在常见实际范围内的振动不会产生振动干扰，在正常情况下不影响仪表的测量性能。惟插入式TMF的检测杆必须牢固地固定于管道，并避免装在有振动的场所。
④ 脉动流的影响
TMF响应时间长，不适应脉动流流量测量。若作测脉动流测量，应了解TMF的响应性，以保证能跟随的上脉动的速度变化。脉动引起的测量误差通常使仪表输出偏高，其程度取决于脉动幅值和频率。