淺析熱式氣體質量流量計的發展及結構原理

熱式氣體質量流量計是利用加熱時液體溫度上升至某一值所需的能量與液體質量之間的關系來測量液體或氣體質量的一種流量儀表。一般用來測量煤氣等氣體質量的流量。它具有壓損小、流量范圍度大、高精度、高重復性、高可靠性、體積小、易維護不易損壞等特點。

早期的熱式氣體質量流量計直接將加線圈和測溫元件放入液體中與液體接觸，是一種接觸式流量計，由于現場環境中普遍存在腐蝕、磨損及防爆問題，使它在工業應用中受到很大限制。到 20 世紀 50 年代，人們又提出了不接觸液體的邊界層流量計，克服了接觸式流量計的缺點，但測量結果受介質參數(如熱導率、比率、粘度)以及環境的震動等因素的影響。

到 20 世紀 70 年代，基于測量液體溫度分布的熱分布型 TMF，優點很多，但只適用于小管徑測量。此后，人們又設計了一種插入式熱式氣體質量流量計，它在國內得到了迅猛的發展，可以用來測量大管徑的氣體流量。

多點平均矩陣式 670S熱式氣體質量流量計使用不銹鋼傳感探頭，增加了準確性、堅固性和可靠性。它有兩個探頭伸入到被測氣體中，一個速度傳感器用來檢測質量，一個自動修正溫度變化的溫度傳感器用來檢測氣體溫度，這兩個探頭使用參考級甘溫元件——鉑熱電阻。

插入式TMF用標準級鉑熱電阻(RTD)的鉑絲纏繞在一套磁芯棒上插入到一個堅固的不銹鋼套筒中，速度傳感器 RTD 的電阻比溫度傳感器 RTD 的電阻小得多，并由電子設備供電產生熱量。插入式 TMF的工作原理基于熱力學定律，即電子設備提供給速度傳感器的電功率等于流動的氣體對流換熱所帶走的熱量。

式中：

h 為傳熱系數；

Tu為速度傳感器的溫度；

AS為圓柱形探頭表面積；

T 為溫度傳感器測得的氣體溫度。

參與速度傳感器周圍的熱邊界層換熱的是流動的氣體分子。因此插入型 TMF 傳感器檢測到的是流體的質量和流量：

a1，a2，m 均為經驗確定的系數，他們由被測氣體的傳熱系數、粘度等系數決定。

多點距陣排列插入式 TMF，在傳感器沿長度方向設置有 4~16 個不等的質量流速探頭，用來測量大管徑的總質量流量。熱式氣體質量流量計多點插入型傳感器設置劃分為個等面積環，在每個等面積環的質心設置一個熱式質量流速探頭。