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
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
從圖6-14的曲線可知,浸入型TMF工作在曲線的后半段,質量流量與溫差ΔT成反比,不能用來測量微小流量。熱分布型TMF是近二十多年來發展起來的測量微小氣體流量的儀表。它工作在圖6-14曲線的前半段,在一定的流量范圍內,質量流量與溫差ΔT成正比,廣泛應用于半導體制備、石油化工、冶金、制藥、原子能等工業中微小氣體流量測量。
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
熱分布型TMF傳感器從結構上可以分成兩類:一類是基型傳感器,另一類是分流型傳感器。當流量很小時,傳感器輸出信號E與通過測量管的氣體質量流量qm或標準體積流量qv之間有良好的線性關系,此時可用基型傳感器;當流量超過一定值,就應用分流型傳感器。
基型傳感器如圖6-20所示。主要元件是測量管和繞在測量管外的電阻絲。為了保證傳感器對流量變化的響應時間不至于太大,測量管應該是導熱性能良好的薄壁管。管徑應相對很小,長度與直徑的比在50~100之間,保證管內流動為層流流動。電橋電源和電橋輸出信號通過屏蔽電纜引出傳感器外與轉換器相接。
基型傳感器的流量上限很小,一般小于幾升/小時。分流型傳感器以分流的形式擴大熱分布型TMF的測量范圍,其原理如圖6-21所示。流體進入流量傳感器后分成兩路,一路進入傳感器測量管m1,另一路進入旁路m2.流體進入旁路時造成一定的壓降Δp(p1-p2)以迫使改變旁路壓降,可以影響分流系數K,從而可以得到不同的流量范圍。式6-24表明,分流系數K必須是常數,流量計才能正常工作。由于測量管中的流動為層流流動,壓降與流量成正比,如果旁路管中的流動也為層流流動,則分流系數K就為常數。不管總流量如何變化,通過測量管的流量與總流量之間始終有一固定的分流比。如果用孔板旁路,由于孔板兩側的壓降與流量的平方成正比,分流系數K將隨流量的改變而變化,引起測量誤差。這種情況下,可以在測量管上設置阻流件,使測量管上產生的壓降也與流量的平方成正比,從而保證固定的分流比K不變。
分流型傳感器可以將流量上限擴大到40m3/h甚至更大。