精品整理热式质量流量计原理及概述编辑：潘东升江苏瑞特仪表有限公司2010-5-31）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TME 热式质量流量计（以下简称加热体）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。

年代中期销售量估万台。

国内90销售金额约占流量仪表的8%，约4.590 20世纪年代初期，世界范围TMF 台左右。

过去流程工业用仪表主要是热分布式，近几年才开发热散（或冷却）效应式。

计每年1000 1. 原理和结构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1）热式流量仪表用得最多有两类，即。

TMF（效应的金氏定律King s Iaw）thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF;2)利用热消散（冷却）（流量计）。

有些在使用intrusion type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（）。

时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertion typeTMF 热分布式1.1）（1cp -------被测气体的定压比热容；式中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。

页脚内容．精品整理TMF 1.2基于金氏定律的浸入型金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系，如式所示。

2）2（单位长度热散失率，H/L -------J/m?h; 式中--------ΔT热丝高于自由流束的平均升高温度，K；--------λ流体的热导率，J/h?m?K; cV---------定容比热容，J/kg?k;3kg/m密度，---------ρ;m/h; U---------流体的流速，m.页脚内容．精品整理；另一细管经功T如图5所示，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增加，气流带走更多热量，ρU高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速率恒定的电热加热，其温度Tv 。

温度测量法”“这种方法称作“温度差测量法”或温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T.便可算出质量流速，2?~?之间。

从式所示比列关系，式中B, C, K均为常数，K在消耗功率P和温度差ΔT如式3 4。

qm，再将式3变换成式乘上点流速于管道平均流速间系数和流通面积的质量流量）（34）（则是与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数，如果气体成分和物性恒定则视为常数。

D式4中E 是与实际流动有关的常数。

”。

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“功率消耗测量法若保持ΔT点优2、，2~60m/s)中偏高流速(气体可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低~热分布式TMF 更适合于大管径。

插入式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，TMF 虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。

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TMF 感器，组成简单，出现故障概率小。

等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就、NO、O2、CO N2 热分布式仪表用于H2 、即可；用于其他气体可用等单原子气体则乘系数1.4Ar、He用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于比热容换算，但偏差可能稍大些。

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。

热式质量流量计响应慢。

cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。

被测量气体组分变化较大的场所，因对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。

，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，TMF对于热分布式一般情况下不能使用。

对脉动流在使用上将受到限制。

液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到限制。

页脚内容．精品整理按流体对检测元件热源的热量作用可分为热量传递转移效应和热量消散效应或冷却效应。

应用概况5.1TMF目前绝大部分用于测量气体，只有少量用于测量微小液体流量。

石油化工微型反较多应用于半导工业外延扩散、热分布式仪表使用口径和流量均较小，应装置、镀膜工艺、光导纤维制造、热处理淬火炉等各种场所的氢、氧、氨、燃气等气页脚内容．精品整理在气体流量控制，以及固体致冷中固体氩蒸发等累积量和阀门制造中泄漏量的测量等。

分流型热分布式仪表应用体色谱仪和气体分析仪等分析仪器上，用于监控取样气体量。

以上管径时，通常在主流管道上装孔板等节流装置或均速管，分流部分气于30~50mm 体到流量传感器进行测量。

年在环境保护和流程工业中应用发展迅速，例如；国外近10冷却效应的插入式TMF气配比控制，污水处理发生水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制，煤粉燃烧过程粉/大管道用还有径向分段排列多的气体流量测量，燃料电池工厂各种气体流量测量等等。

和组检测元件组成的插入检测杆，应用于锅炉进风量控制以及烟囱烟道排气监测SO2 排放总量。

NOX应用于化学、石油化工、食品等流程工业实验性装置，如液化气流TMF液体微小流量药液配比系统定流量配比控量测量，注入过程中控制流量；高压泵流量控制的反馈量；还有在色谱分析等仪器上供给工业流程或商业销售。

制；直接液化气液态计量后气化，TMF用作定量液取样控制以及用于动物实验麻醉液流量测量。

还未见到液体微小流量国内定型产品。

流体种类和物性5.2气体或液体，用气体的型号不能用于液体，反之------TMF只能用于测量清洁单相流体亦然。

对于热分布式气体还必须是干燥气体，不能含有湿气。

流体可能产生的沉积、结制造厂还应给出接受的不清洁程TMF 垢以及凝结物均将影响仪表性能。

对于热分布式TMF用户可按此决定是在仪表前装过滤器。

浸入式例如大部分给出允许微粒粒度，度，能再不停流条件对清洁度要求低些，则可用于测量烟道气，但必须装有阀等插入机构，下去取出检测头。

流体的比热容和热导率（1）工作时流体的比热容和热导率保持恒定才能测量准确。

被测TMF和式2可知，从式1介质工况温度、压力变化范围不大，仅在工作点附近波动，比热容变化不大，可视作常2数。

若工作点压力温度远离校准时压力温度，则必须在该工作点压力温度下调整。

表列出几种气体在不同压力温度下的定压比热容，可看到其变化程度。

表2 几种气体定压比热容cal/(g?K)页脚内容．精品整理1cal/ (g?k)=4186.8J/ (kg?K) 注：流量值的换算2（）。

热分布式（校准）TMF制造厂通常用空气或氮气在略高于常压的室温工况条件下标定如实际使用工况有异或不用于同一气体，均可通过各自条件下比热容或换算系数换算。

的数值可以看出空气、氩气、一氧化碳、氮同一气体不同工况的流量换算从表2 1）之气、氧气压力在1MPa以下变化，定压比热容变化仅在400K1%~2%以下、温度在因为同一气压力温度变换较大时也可利用式间，大部分使用场所可不作换算；6计算，体两种工况条件下定压比热容的比值与摩尔定压比热容的比值是相等的。

，2）F 不同气体间流量换算有些制造厂的使用说明书给出以空气为基数的转换系数66换算；也可直接以标定（校准）气体和实际使用气体的摩尔定压比热按式可按式给出若干气体按摩尔定换算，但因还有热导率等其他因素，换算后精度要降低些。

表3两者差别较压比热容直接计算和若干制造厂提供的两种转换系数数据，其中Freon12 大。

3 表几种气体的转换系数页脚内容．精品整理各厂提供的转换系数单双原子气体差别较小，仅百分之几；烃类气体则差别较大，达。

20% ~30%(5)(6)（标准状态）；式中qm-----仪表标定的质量流量，但通常以标准状态体积流量表征，L/h （标准状态）；qm -------特使用气体的质量流量。

L/hk); J/ (moI·cP-------标定气体的摩尔定压比热容，通常为空气，。

cP-------待使用气体的摩尔定压比热容，J/ (moI·k)中各系数由各个检测元件几何形状和所测气体而定，和式（4）TMF浸入式由于式（3）所以目前通常只能在实际使用条件下个别校准。

Fmix6进行，惟其转换系数3）混合气体的换算的转换系数混合气体的换算亦按式合成按式7（7）为各成分气体的转换系F1,F2,-----FnV1,V2,----Vn为各成分气体体积的占有率；式中数。

3（）流体中含有异相和低沸点液体气体用仪表，热分布式必须是清洁气体，不能有固相，浸入式则可允有微粒，但均不得含有水气。

测量液体时如混入气泡会产生测量误差。

要带给流体一定热量，流体温度会升高，如所测液体是低沸点液体，由于大部分TMF 。

应考虑液体汽化气化问题，必要是时选用致冷元件的TMF 5.3 仪表性能考虑页脚内容．精品整理流量范围、流速和范围度1）（的流量应以单位时间流过的质量来表示，但测量气体时习惯上亦常以计算到标准TMF状态下单位时间流过的体积表示。

流速亦以标准状态下单位时间流过距离的长度表示。

适用于低流速范围，特别是小口径热分布式；带测量短管浸TMF与其他流量计相比，最小上限流/入检测杆式可选上限（满度）流速范围较宽，上限范围度（最大上限流量之间。

型)TH1200量）在10~ 30（型）和60 ~80 (TH1300视之间，但较多用于3~60m/s插入式TMF的上限流速选择范围较宽，可在0.5~100m/s, TMF 适用于低流速烟道气测量。

仪表结构设计而异。

插入式数量级1~102g/min10－液体用TMF的上限流量很小，国外现有产品上限流量范围在之间。

之间；流量范围度在10:1~50:12）精确度和重复性（之间。

国外设）%FS具有中等测量精确度。

热分布式的基本误差通常在±（2~2.5TMF之间。

，重复性则在0.2%~0.5%FS计优良的产品则有较高精确度，基本误差为±1%FS。

±2%R%之间，设计优良的产品可达带测量短管浸入式的基本误差相仿，亦在±（2~2.5）单点测量影响较大，还应加上流速分布系数变化影响等，插入式除仪表本身基本误差外，之间。

2.5~5）%FS多点或多检测杆则影响较小，合计约在±（有制造厂在正常流速分布流动状况插入式仪表检测的点数视流通面积和流动状况而定，为双点，200~300mm 下，推荐检测点数为：；圆管直径在200mm以下为单位单点，0.05m2点。

矩形管面积以上为6为5点，1250mm750~1200350~700mm为3~4点，12~20为点。

点，2.5m2以上为4~12以下为单点，0.1~0.2m2为2~4点，0.2~2.5mm2为响应性3）（，0.5s，响应较快者为TMF在流量仪表中的响应时间是比较长的，时间常数一般为2~5s若应用于控制系统不能选用响应时间长的仪有些型号长达数秒、十几秒甚至几十秒者。