1應(yīng)用概況

   熱式質(zhì)量流量計(jì)目前絕大部分用于測(cè)量氣體，只有少量用于測(cè)量微小液體流量。

   熱分布式儀表使用口徑和流量均較小，較多應(yīng)用于半導(dǎo)工業(yè)外延擴(kuò)散、石油化工微型反應(yīng)裝置、鍍膜工藝、光導(dǎo)纖維制造、熱處理淬火爐等各種場(chǎng)所的氫、氧、氨、燃?xì)獾葰怏w流量控制，以及固體致冷中固體氬蒸發(fā)等累積量和閥門制造中泄漏量的測(cè)量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀等分析儀器上，用于監(jiān)控取樣氣體量。分流型熱分布式儀表應(yīng)用于30~50mm以上管徑時(shí)，通常在主流管道上裝孔板等節(jié)流裝置或均速管，分流部分氣體到流量傳感器進(jìn)行測(cè)量。

▲熱式質(zhì)量流量計(jì)

   冷卻效應(yīng)的插人式熱式質(zhì)量流量計(jì)國(guó)外近10年在環(huán)境保護(hù)和流程工業(yè)中應(yīng)用發(fā)展迅速，例如：水:泥工業(yè)豎式磨粉機(jī)排放熱氣流量控制，煤粉燃燒過程粉/氣配比控制，污水處理發(fā)生的氣體流量測(cè)量，燃料電池工廠各種氣體流量測(cè)量等等。大管道用還有徑向分段排列多組檢測(cè)元件組成的插人檢測(cè)桿，應(yīng)用于鍋爐進(jìn)風(fēng)量控制以及煙囪煙道排氣監(jiān)測(cè)SO2和NOx排放總量。

   液體微小流量熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于化學(xué)、石油化工、食品等流程工業(yè)實(shí)驗(yàn)性裝置，如液化氣流量測(cè)量，注人過程中控制流量；高壓泵流量控制的反饋量；藥液配比系統(tǒng)定流量配比控制，如半導(dǎo)體成膜工藝中TMP(三甲基麟)、TEOS(三甲基嗅)、TEOS (四乙氧基烷)三種液體混合后再與氬氣混合；直接液化氣液態(tài)計(jì)量后氣化，供給工業(yè)流程或商業(yè)銷售。還有在色譜分析等儀器上用作定量液取樣控制以及用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)麻醉液流量測(cè)量。還未見到液體微小流量熱式質(zhì)量流量計(jì)國(guó)內(nèi)定型產(chǎn)品。

2流體種類和物性

   熱式質(zhì)量流量計(jì)只能用于測(cè)量清潔單相流體—?dú)怏w或液體，用氣體的型號(hào)不能用于液體，反之亦然。對(duì)于熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)氣體還必須是干燥氣體，不能含有濕氣。流體可能產(chǎn)生的沉積、結(jié)垢以及凝結(jié)物均將影響儀表性能。對(duì)于熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)制造廠還應(yīng)給出可接受的不清潔程度，例如大部分給出允許微粒粒度，用戶可按此決定是在儀表前裝過濾器。浸人式熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)清潔度要求低些，則可用于測(cè)量煙道氣，但必須裝有相應(yīng)閥等插入機(jī)構(gòu)，能在不停流條件下取出檢測(cè)頭。

▲熱式質(zhì)量流量計(jì)

  （1）流體的比熱容和熱導(dǎo)率

   由于熱式質(zhì)量流量計(jì)工作時(shí)流體的比熱容和熱導(dǎo)率保持恒定才能測(cè)量準(zhǔn)確。被測(cè)介質(zhì)工況溫度、壓力變化范圍不大，僅在工作點(diǎn)附近波動(dòng)，比熱容變化不大，可視作常數(shù)。若工作點(diǎn)壓力溫度遠(yuǎn)離校準(zhǔn)時(shí)壓力溫度，則必須在該工作點(diǎn)壓力溫度下調(diào)整。表1列出幾種氣體在不同壓力溫度下的定壓比熱容，可看到其變化程度。

 表1 幾種氣體定壓比熱容

(2)流量值的換算

   熱分布式熱式質(zhì)量流量計(jì)制造廠通常用空氣或氮?dú)庠诼愿哂诔旱氖覝毓r條件下標(biāo)定(校準(zhǔn))。如實(shí)際使用工況有異或不用于同一氣體，均可通過各自條件下比熱容或換算系數(shù)換算。

   1）同一氣體不同工況的流量換算  從表1的數(shù)值可以看出空氣、氬氣、一氧化碳、氮?dú)?、氧氣壓力?/span>1MPa以下、溫度在400K以下變化，定壓比熱容變化僅在1%~2%之間，大部分使用場(chǎng)所可不作換算；壓力溫度變化較大時(shí)也可利用下式計(jì)算，因?yàn)橥粴怏w兩種工況條件下定壓比熱容的比值與摩爾定壓比熱容的比值是相等的。

   2）不同氣體間流量換算  有些制造廠的使用說明書給出以空氣為基數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)F,可按下式換算；也可直接以標(biāo)定(校準(zhǔn))氣體和實(shí)際使用氣體的摩爾定壓比熱容按下式換算，但因還有熱導(dǎo)率等其他因素，換算后精度要降低些。表2給出若干氣體按摩爾定壓

 表2 幾種氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)

   比熱容直接計(jì)算和若干制造廠提供的兩種轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)據(jù)，其中Freon 12兩者差別較大。各廠提供的轉(zhuǎn)換系數(shù)單雙原子氣體差別較小，僅百分之幾；烴類氣體則差別較大，達(dá)20%一30 %。

      式中qm——儀表標(biāo)定的質(zhì)量流量，但通常以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量表征，L/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))；

        qm——待使用氣體的質(zhì)量流量，L/H (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))；

         C_P——標(biāo)定氣體的摩爾定壓比熱容，通常為空氣，J/ (mol.K);

         C'_P—待使用氣體的摩爾定壓比熱容，J/ (mol.K);

   浸人式熱式質(zhì)量流量計(jì)由于上兩式中各系數(shù)由各個(gè)檢測(cè)元件幾何形狀和所測(cè)氣體而定，所以目前通常只能在實(shí)際使用條件下個(gè)別校準(zhǔn)。

   3)混合氣體的換算和轉(zhuǎn)換系數(shù)

   混合氣體的換算亦按上式進(jìn)行，惟其轉(zhuǎn)換系數(shù)Fmix按下式合成

   式中V1，V2，...，Yn為各成分氣體體積的占有率；F1, F2,... ,F。為各成分氣體的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

▲熱式質(zhì)量流量計(jì)

   (3)流體中含有異相和低沸點(diǎn)液體

   氣體用儀表，熱分布式必須是清潔氣體，不能有固相，浸人式則可允有微粒，但均不得含有水汽。測(cè)量液體時(shí)如混人氣泡會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。

   由于大部分熱式質(zhì)量流量計(jì)要帶給流體一定熱量，流體溫度會(huì)升高，如所測(cè)液體是低沸點(diǎn)液體，應(yīng)考慮液體氣化問題，必要時(shí)選用致冷元件的熱式質(zhì)量流量計(jì)。