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熱式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用及特點(diǎn)
關(guān)鍵字：熱式質(zhì)量流量計(jì),質(zhì)量流量計(jì),流量計(jì) 日期：2012-9-24 8:26:14
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熱式質(zhì)量流量計(jì)(thermal mass flowmeter，TMF)是利用傳熱原理檢測(cè)流量的儀表，即利用
流動(dòng)的流體與熱源（流體通道內(nèi)加熱體或管壁外加熱體）之間熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量流量的儀表。
20世紀(jì)60年代，美國(guó)首先為宇航業(yè)所需氣體質(zhì)量控制開發(fā)出TMF正式產(chǎn)品，其后應(yīng)用于半
導(dǎo)體工業(yè)的制造設(shè)備上，得到很大發(fā)展，后又?jǐn)U展到其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。近年還在工業(yè)應(yīng)用上
從測(cè)量氣體擴(kuò)大到測(cè)量液體。
由于氣體TMF日趨成熟且應(yīng)用面不斷拓寬，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已制定有關(guān)“規(guī)范、檢驗(yàn)、
安裝、運(yùn)行和校準(zhǔn)”氣體TMF的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0 14511: 2001。
應(yīng)用概況
熱式流量?jī)x表除了本章主要討論輸出連續(xù)量的TMF外，還有另一分支——熱式流量開關(guān)。
流量開關(guān)也有稱作流動(dòng)替續(xù)器(flow relay)。它主要在流量超過(guò)上限（或下限）時(shí)，發(fā)出兩位控
制信號(hào)，有些流量開關(guān)的流量上、下限值還可由用戶自行設(shè)定。流量開關(guān)主要用于空調(diào)、通風(fēng)、
水／風(fēng)冷卻、潤(rùn)滑油等系統(tǒng)的保護(hù)監(jiān)控。
當(dāng)前TMF主要應(yīng)用于測(cè)量氣體，只有很小部分應(yīng)用于測(cè)量微小液體流量。
1．熱分布式氣體TMF
熱式質(zhì)量流量計(jì)適用于測(cè)量小流量微小口徑的清潔氣體，應(yīng)用于精細(xì)制造工藝和微小流量采樣控
制等。
(l)半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)曾是TMF主要服務(wù)對(duì)象。TMF是應(yīng)承半導(dǎo)體業(yè)需求的推動(dòng)而
得到蓬勃發(fā)展，應(yīng)用于擴(kuò)散、氧化、外延、等離子刻蝕、濺射等工藝設(shè)備中，測(cè)量和控制超凈
氣體或腐蝕／有害氣體流量，如氫、氨、氟化氫、三氟化氮、氧化氮、砷化三氫、磷化氫等。
1995年世界范圍內(nèi)半導(dǎo)業(yè)仍購(gòu)置了三千余萬(wàn)美元的TMF，約占熱式流量?jī)x表市場(chǎng)的1/3。
(2)分析儀器采樣氣體測(cè)量氣體色譜儀和環(huán)境保護(hù)等分析儀器氣體取樣量或大氣采集量所用
的配套用流量?jī)x表，原常用浮子流量計(jì)，現(xiàn)在凡要求較高者漸被氣體TMF所代替，其應(yīng)用非常
普遍。
(3)機(jī)械構(gòu)件密封性測(cè)試和尺寸精密測(cè)量例如測(cè)量閥門等機(jī)械構(gòu)件氣密性指標(biāo)中的氣體泄
漏量，測(cè)量小孔尺寸和過(guò)濾材料透氣性測(cè)試等。
(4)化工、石油等流程工業(yè)微型試驗(yàn)裝置中微小氣體流量的測(cè)量和控制
(5)其他應(yīng)用 光導(dǎo)纖維制造；電廠氫冷發(fā)電機(jī)氫氣補(bǔ)給量測(cè)量；燃燒噴嘴天然氣流量測(cè)量
與控制；熱處理爐保護(hù)氣或滲碳?xì)獬錃饬?；醫(yī)學(xué)保健氧氣或麻醉劑氣流量控制等。
2．熱消散效應(yīng)侵入式（或插入式）氣體流量計(jì)
該類儀表應(yīng)用于較大管徑，除測(cè)量潔凈氣體外還可測(cè)量存在一些塵粒的粗放氣體，如煙道
氣等。
(1)取暖通風(fēng)空調(diào)(HVAC)業(yè) 在國(guó)外HVAC業(yè)也是熱式氣體流量計(jì)的主要服務(wù)對(duì)
象，包括有無(wú)流通的監(jiān)控（流量開關(guān)）和通風(fēng)量的測(cè)量控制（流量計(jì)）。1995年在世界范圍內(nèi)
HVAC業(yè)采購(gòu)熱式流量?jī)x表超過(guò)其市場(chǎng)總額的1/4。但在國(guó)內(nèi)這方面應(yīng)用似乎尚不普遍。
(2)公用事業(yè)給水和污水治理應(yīng)用于給水工業(yè)的原水水處理殺菌凈化過(guò)程中氯氣、臭氧和氨
氣等流量測(cè)量和控制；污水治理；曝氣凈化過(guò)程中空氣和處理過(guò)程中產(chǎn)生氣體的測(cè)量控制。
(3)能源工業(yè)應(yīng)用于測(cè)量天然氣，鍋爐通風(fēng)鼓風(fēng)空氣、儲(chǔ)罐管線排氣等。在煤粉／空氣配比
過(guò)程中，測(cè)量和控制空氣流量。
(4)氣體連續(xù)排放監(jiān)控(CEM) 環(huán)境保護(hù)要求控制鍋爐燃燒煙道氣中S02和NOz的排放總量，
由流量?jī)x表和分析儀器等組成CEM (continous emission monitoring)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。雖然美國(guó)
環(huán)境保護(hù)局曾在1991年認(rèn)為可選擇三種流量?jī)x表：差壓方式（均速管）、超聲式和熱式，但考
察當(dāng)前市場(chǎng)供應(yīng)狀況，似乎熱式流量計(jì)在煙道氣應(yīng)用上漸成主導(dǎo)品種。
(5)其他工業(yè)應(yīng)用如水泥業(yè)豎式磨粉排放熱氣、燃料電池工廠各種氣體等。
3．微小液體流量測(cè)量
微小液體熱式流量計(jì)應(yīng)用于化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥食品等流程工業(yè)實(shí)驗(yàn)性裝置。例如，藥
液系統(tǒng)中定流量配比控制、液化氣注入過(guò)程中流量測(cè)量和控制。測(cè)量高壓丙烷、丁烷、液氨、
C02等液態(tài)氣體。由于測(cè)量原理上液體加熱溫升不高，或是對(duì)液體冷卻，因此十分適合測(cè)量液
化氣體和易汽化液體。
TMF的特點(diǎn)
TMF有以下特點(diǎn)。
①能測(cè)量極低流速和微小流量；能測(cè)低壓氣體流量，甚至是真空狀的分子流。
②無(wú)活動(dòng)部件，可靠性高。
③無(wú)壓力損失或壓力損失很小。基型熱分布式TMF無(wú)阻流元件，不存在測(cè)量引起的壓力損
失；帶分流管熱分布式TMF和侵入式TMF雖有阻流件，壓力損失也不大。
④測(cè)量氣體流量時(shí)，常以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量單位表示，介質(zhì)溫度／壓力變化幾乎不影
響所測(cè)量值。若標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度恒定（即組分不變），則類似于質(zhì)量流量。
⑤儀表系數(shù)隨氣體種類或混合氣體組分而變，不能測(cè)量質(zhì)量熱容（比熱容）變化的流體。
因氣體種類或組分改變，其定壓比熱容cp和熱傳導(dǎo)系數(shù)隨之而變，影響測(cè)量值。更不能用于混
相流體或可能產(chǎn)生相變流體。
⑥熱分布式TMF用于CO、N2、02等接近理想氣體的雙原子氣體，可直接用空氣校準(zhǔn)流量。
應(yīng)用于其他氣體只需按介質(zhì)種類作系數(shù)換算。熱消散效應(yīng)（金氏定律）TMF則必須用所測(cè)氣體
校準(zhǔn)。
⑦氣體比熱容會(huì)隨著溫度／壓力而變，但若所測(cè)氣體溫度／壓力不高，且變化幅度不大，
則可視為常數(shù)。
⑧大部分TMF響應(yīng)慢，應(yīng)用于脈動(dòng)流時(shí)將受到限制，對(duì)黏性液體在使用上亦受到限制。
⑨被測(cè)流體潔凈度要求較高，熱分布式TMF測(cè)量管內(nèi)壁沉積塵垢會(huì)影響測(cè)量值，必須
定期清除，毛細(xì)管型熱分布式TMF更有測(cè)量通道易堵塞的缺點(diǎn)。金氏定律TMF要求相對(duì)低些，但
檢測(cè)元件積聚塵埃也要影響測(cè)量值。
⑩對(duì)微小流量而言，TMF會(huì)給流體帶來(lái)相當(dāng)熱量，對(duì)某些流體（如易汽化液體）使用受到一
定制約。
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