熱式質量流量計
熱式質量流量計(Theermal Mass flowmeters,簡稱TMF)在國內習慣稱為熱式流量計,是利用流體流過外熱源加熱的管道時產生的溫度場變化來測量流體質量流量,或利用加熱流體時流體溫度上升某一值所需的能量與流體質量之間的關系來測量流體質量的一種流量儀表。一般用來測量氣體的質量流量。具有壓損低;流量范圍度大;高精度、高重復性和高可靠性;無可動部件以及可用于極低氣體流量監測和控制等特點。
1.托馬斯流量計
2.
浸入型熱式質量流量計
浸入型TMF是在原來熱線接觸式流量計的基礎上發展起來的一種堅固型熱式質量流量計,它解決了接觸式TMF在結構上的缺陷,采用適用于工業應用的堅固的高可靠性傳感器,近二十多年來得到了很快的發展。
① 浸入型熱式質量流量計原理
浸入型TMF傳感器的測量原理如圖6-15所示。它有兩個探頭浸入到被測流體中,一個速度探頭監測質量流速ρu,一個溫度探頭監測氣體溫度T,并自動對溫度的變化進行修正,如圖6-15a所示?,F代工業用的浸入型TMF探頭是用做標準級鉑電阻溫度探頭(RTD)的鉑絲繞在一陶瓷芯棒上插入一堅固的不銹鋼套管(或溫度計套管)中組成的。速度探頭RTD的電阻比溫度探頭RTD的電阻低得多,并由電子設備供電產生熱量。如圖6-15b所示。
浸入型TMF傳感器的工作原理基于熱力學第一定律,即電阻設備提供給速度探頭的電功率(E2u/rU)應等于流動的氣體對流換熱所帶走的熱量。
E2u/rU=hAs(Tu-T) (6-11)
式中:
Eu--單位時間內輸給流量計的電功率;
Ru--速度探頭的電阻;
h--對流換熱系數;
As--圓柱形探頭表面積;
Tu--速度探頭的溫度;
T--溫度探頭測得的氣體溫度。
參與速度探頭周圍的熱邊界層換熱的是流動氣體的分子(即質量),因此,浸入型TMF傳感器檢測到的是流體的質量流量。由傳熱理論可知,乘積(hAs)??杀硎緸?br>
hAs=α1+α2(ρu)m (6-12)
式中,α1和α2和m為經驗確定的常數,取決于被測氣體的熱傳導系數、粘度和熱容量等特性。求解式6-11可得氣體質量流速(ρ-u)
可以保持溫差(Tu-T)為常數,通過測量(E2u/Ru)來測量質量流速ρu,這種方式稱為等溫型TMF;也可以保持電功率(E2u/Ru)為常數,通過測量溫差(Tu-T)來測量質量流速ρu,這種方式稱為等功率型TMF。等溫型的特點是對流速變化的反應速度快,而等功率型的響應速度就要慢得多。
顯然,等溫型TMF的輸出是一種非線性輸出信號。對應0~60(Nm/s)的流速大約有0.5~8W的輸出。TMF的這種固有的非線性在極寬的范圍度(1000:1)和低速靈敏度(約0.06Nm/s)還是很可靠的。
由于技術水平的限制,對于浸入型TMF目前還不能使每一支流量傳感器的性能做得完全一樣,速度/溫度探頭對必須在整個流量范圍內單獨進行標定。既然浸入型TMF傳感器的性能取決于氣體的熱傳遞性,所以標定也應以實際氣體進行。用方便的參照氣體標定浸入型TMF傳感器還沒有得到實用。
② 浸入型熱式質量流量的分類
③ 浸入型熱式質量流量計的特點
3.熱分布型熱式質量流量計
① 熱分布型熱式質量流量計的原理
②熱分布型熱式質量流量計的結構與分類
③ 熱分布型熱式質量流量計的特點
A.熱分布型熱式質量流量計的優點
B.熱分布型熱式質量流量計的缺點
④ 熱分布型熱式質量流量計的使用
4.邊界層流量計
① 邊界層流量計測量原理
② 邊界層流量計存在的問題