熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)韓克勤2015主要內(nèi)容一、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)基本結(jié)構(gòu)二、工作原理三、熱能傳遞定量關(guān)系四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的因素五、使用注意事項(xiàng)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)

氣體流過(guò)外熱源加熱的管道時(shí)，帶走部分熱量，產(chǎn)生溫度場(chǎng)的變化，測(cè)量管壁溫度分布與氣體質(zhì)量的關(guān)系，確定管道內(nèi)氣體流動(dòng)速度。一、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)基本結(jié)構(gòu)

在一支外層絕緣的薄壁細(xì)鎳管上，中間繞一組加熱絲，兩側(cè)對(duì)稱繞兩組阻值相等的鉑電阻，作為惠斯登電橋的兩臂連接電橋上（也有用兩組鉑電阻兼作加熱和測(cè)量的，三繞組式響應(yīng)快）。中間繞組加熱功率恒定，薄壁管長(zhǎng)度與直徑之比要足夠大，在流量測(cè)量范圍內(nèi)不能有熱量隨氣體流出損失，以獲得良好的線性。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)基本結(jié)構(gòu)二、工作原理

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是利用流動(dòng)氣體傳熱而改變測(cè)量管壁溫度分布的變化，測(cè)量原理如下：1.管道采用細(xì)徑薄壁鎳管，與管內(nèi)流體的熱交換迅速，管壁很薄熱容量小，管壁溫度相當(dāng)于管內(nèi)氣體的溫度，而管壁很薄縱向熱阻大，管壁上溫度分布等于管內(nèi)氣體相應(yīng)位置的溫度。管壁有固定功率加熱，溫度高于流入的氣體，氣體靜止時(shí)（無(wú)流量），中間加熱的熱量向兩側(cè)擴(kuò)散，管壁溫度分布曲線是對(duì)稱的（曲線A），兩只測(cè)量鉑電阻位置的溫度相等，電阻阻值相等，惠斯登電橋平衡無(wú)輸出。二、工作原理2.管道內(nèi)有氣體流動(dòng)時(shí)，外界氣體溫度低于管內(nèi)溫度，將熱量從上游鉑電阻Ru帶走，經(jīng)過(guò)加熱區(qū)后，把熱量傳到下游鉑電阻Rd，使Rd溫度升高，兩只鉑電阻出現(xiàn)溫差ΔT，惠斯登電橋有信號(hào)輸出，管壁溫度分布曲線向下游移動(dòng)（曲線B,C）。二、工作原理3.ΔT與流速的關(guān)系：隨著流速增加，管壁溫度分布曲線逐漸向下游移動(dòng)，ΔT逐漸增加（如ΔT-v關(guān)系圖所示）。在較低流速范圍（0-b段），ΔT-v成正比，這是正常測(cè)量范圍，此時(shí)氣體流出不帶走或極少帶走熱量，誤差在2%-2.5%。流速增至b-c段出現(xiàn)非線性，此時(shí)有部分熱量被氣體帶出出口。流速再繼續(xù)增加（超過(guò)c點(diǎn)），管壁溫度分布曲線頂點(diǎn)移至下游鉑電阻Rd以外，大量熱量被帶出，Rd溫度不升而降，ΔT相應(yīng)降低，不能用于測(cè)量。二、工作原理

二、工作原理4.熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是利用氣體傳遞熱能的性質(zhì)做測(cè)量的，氣體種類和溫度等都直接影響熱能傳遞過(guò)程，這種流量計(jì)適用單一組份或固定比例混合組份測(cè)量，適用恒定流量測(cè)量，測(cè)量脈沖流量準(zhǔn)確度差，被測(cè)氣體溫度變化影響流量計(jì)準(zhǔn)確度。三、熱能傳遞定量關(guān)系

氣體在管道內(nèi)傳遞熱能過(guò)程包括兩部分，一是加熱線圈溫度高，靠氣體熱傳導(dǎo)將熱能傳給溫度低的區(qū)域，二是氣體流過(guò)管道時(shí)，處于室溫的氣體吸收管道內(nèi)熱能，溫度上升，繼續(xù)向下游流動(dòng)過(guò)程，遇到高于氣流溫度區(qū)域，氣體吸收熱能，升高溫度，遇到低于氣流溫度區(qū)域，氣體釋放熱能，降低溫度，氣體吸熱放熱引起的溫度變化與氣體比熱容密切相關(guān)。三、熱能傳遞定量關(guān)系1.符號(hào)含義

λ——?dú)怏w熱導(dǎo)率

ρ——?dú)怏w密度

v——流速Cp——?dú)怏w定壓比熱容

To——?dú)怏w初始溫度S——管道截面積

Th——加熱電阻Rh溫度

Tu——上游測(cè)溫鉑電阻Ru溫度Rh—Ru距離為L(zhǎng)u1Ru散熱長(zhǎng)度為L(zhǎng)u2Td——下游測(cè)溫鉑電阻Rd溫度Rh—Rd距離為L(zhǎng)d1Rd散熱長(zhǎng)度為L(zhǎng)d2三、熱能傳遞定量關(guān)系熱導(dǎo)是指由于存在溫度差而引起的熱能量的遷移，熱導(dǎo)率是表示單位溫度梯度時(shí)單位時(shí)間通過(guò)垂直熱流方向單位面積的熱能，三、熱能傳遞定量關(guān)系三、熱能傳遞定量關(guān)系(引用三熱絲傳熱公式不能完全解釋清楚，僅作探討參考）2.上游的熱傳遞過(guò)程靜止時(shí)，熱量從Rh經(jīng)氣體傳給Ru的速率為：Qu1=（Th-Tu）λS/Lu1……（1）熱量從Ru經(jīng)氣體向外流失的速率為：Qu2=（Tu-To）λS/Lu2……（2）有流速時(shí)，熱量從Ru向外流出的速率增加，增加部分是將流過(guò)氣體溫度加溫后帶走熱量的速率：qu=（Tu-To）ρCpSv……（3）三、熱能傳遞定量關(guān)系上游鉑電阻總的增加和減少的熱量速率相等：Qu1=Qu2+qu……（4）將（1）（2）（3）式代入（4）式：三、熱能傳遞定量關(guān)系3.下游的熱傳遞過(guò)程靜止時(shí)，熱量從Rh經(jīng)氣體傳給Rd的速率為：Qd1=（Th-Td）λS/Ld1……（7）熱量從Rd經(jīng)氣體向外流失的速率為：Qd2=（Td-To）λS/Ld2……（8）有流速時(shí)，經(jīng)過(guò)Rd的熱量包括從上游Ru帶來(lái)的和經(jīng)過(guò)Rh加熱的熱量，Rh加熱部分占通過(guò)Rd總量的比例為C，此時(shí)，熱量流入Rd的速率增加，增加部分是：qd=C（Th-Td）ρCpSv+(1-C)（To-Td）ρCpSv……(9)三、熱能傳遞定量關(guān)系下游鉑電阻總的增加和減少的熱量速率相等：Qd1+qd=Qd2……（10）將（7）（8）（9）式代入（10）式：將上式整理并消去S：三、熱能傳遞定量關(guān)系再整理合并提取出Td:三、熱能傳遞定量關(guān)系

三、熱能傳遞定量關(guān)系四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的因素

1.溫度：加熱繞組溫度與氣體溫度的溫差與傳感器輸出大致成正比，氣體溫度升高，與加熱繞組溫差減小，傳感器靈敏度降低，反之，氣體溫度降低可提高靈敏度。必須對(duì)儀器的溫度敏感性做修正，其方法有：A、修正加熱溫度，使加熱溫度與氣體溫差保持恒定。B、保持加熱繞組恒溫，修正橋路信號(hào)的放大倍數(shù)，與氣體溫度變化適應(yīng)。所以儀器測(cè)量流量的同時(shí)還要測(cè)量氣體溫度（現(xiàn)場(chǎng)溫度）。四、影響熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的因素五、使用注意事項(xiàng)

1.適用測(cè)量單一組分或固定比例的多組分氣體，氣體必須清潔，水蒸氣的物理參數(shù)與空氣等被測(cè)氣體不同，所以濕度大時(shí)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有影響。氣體中灰塵也會(huì)影響熱傳導(dǎo)。2.使用過(guò)程管道表面要保持清潔，不能附著灰塵、油污等，不能有水和其它雜質(zhì)凝結(jié)、沉積。結(jié)垢，否則影響熱傳導(dǎo)。特別是毛細(xì)管傳感器要防止灰塵堵塞。五、使用注意事項(xiàng)3.流量計(jì)響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)，測(cè)量恒定流量為佳，不宜