德國E+H熱式質量流量計

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東莞市廣聯(lián)自動化科技有限公司
2017-05-21 06:35:25
東莞市
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【簡單介紹】

德國E+H熱式質量流量計（以下簡稱TME）是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關系來測量流量的儀表，過去我國習稱量熱式流量計。當前主要用于測量氣體。

【詳細說明】

熱式質量流量計（以下簡稱TME）是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關系來測量流量的儀表，過去我國習稱量熱式流量計。當前主要用于測量氣體。
德國E+H熱式質量流量計原理和結構
熱式流量儀表用得zui多有兩類，即
1）利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導分布效應的熱分布式流量計
2）利用熱消散（冷卻）效應的金氏定律（King s Iaw）TMF。又由于結構上檢測元件伸入測量管內，也稱浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用時從管外插入工藝管內的儀表稱作插入式（insertion type）。
熱分布式TMF的工作原理如圖1所示，薄壁測量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測元件的繞組2，組成惠斯登電橋，由恒流電源5供給恒定熱量，通過線圈絕緣層、管壁、流體邊界層傳導熱量給管內流體。邊界層內熱的傳遞可以看作熱傳導方式實現的。在流量為零時，測量管上的溫度分布如圖下部虛線所示，相對于測量管中心的上下游是對稱的，由線圈和電阻組成的電橋處于平衡狀態(tài)；當流體流動時，流體將上游的部分熱量帶給下游，導致溫度分布變化如實線所示，由電橋測出兩組線圈電阻值的變化，求得兩組線圈平均溫度差ΔT。便可按下式導出質量流量qm，即
式中 cp -------被測氣體的定壓比熱容；
A -------測量管繞組（即加熱系統(tǒng)）與周圍環(huán)境熱交換系統(tǒng)之間的熱傳導系數；
K -------儀表常數。
在總的熱傳導系數A中，因測量管壁很薄且具有相對較高熱導率，儀表制成后其值不變，因此A的變化可簡化認為主要是流體邊界層熱導率的變化。當使用于某一特定范圍的流體時，則A、cp均視為常量，則質量流量僅與繞組平均溫度差成正比，如圖2 Oa 段所示。 Oa段為儀表正常測量范圍，儀表出口處流體不帶走熱量，或者說帶走熱量極微；超過a點流量增大到有部分熱量被帶走而呈現非線性，流量超過b點則大量熱量被帶走。
測量管加熱方式大部分產品采用兩繞組或三繞組線繞電阻；除管外電阻絲繞組加熱方式外還有利用管材本身電阻加熱方式，如表1所示。測量管形狀有直管形，還有∏字形結構，三繞組中一組在中間加熱，兩組分繞兩臂測量溫度。
測量管加熱和檢測方式
方式
感應加熱熱電偶
兩繞組電阻絲
三繞組電阻絲
德國E+H熱式質量流量計結構
檢測元件
熱電偶
熱電阻絲
熱電阻絲
加熱方式
測量管焦耳熱
自己加熱
中間繞組加熱
為了獲得良好的線形輸出，必須保持層流流動，測量管內徑D設計得很小而長度L很長，即有很大L/D比值，流速低，流量小。為擴大儀表流量，還可采用在管道內裝管束等層流阻流件；擴大更大流量和口徑還常采用分流方式，在主管道內裝層流阻流件（見圖3）以恒定比值分流部分流體到流量傳感部件。有些型號儀表也有用文丘里噴嘴等代替層流阻流件。
市場上熱分布式TMF按測量管內徑分為細管型（也有稱毛細管型）和小型兩大類，結構上有較大區(qū)別。小型測量管儀表只有直管型，內徑為4mm；細管型測量管內徑僅0.2~0.5mm。稍大者為0.8~1mm，極容易堵塞，只適用于凈化無塵氣體。細管型儀表還有一種帶有調節(jié)單元和控制閥等組成一體的熱式質量流量控制器，結構如圖4所示。
基于金氏定律的浸入型TMF
金氏定律的熱絲熱散失率表述各參量間關系，如式2所示。
式中 H/L -------單位長度熱散失率，J/m•h;
ΔT--------熱絲高于自由流束的平均升高溫度，K；
λ --------流體的熱導率，J/h•m•K;
cV---------定容比熱容，J/kg•k;
ρ---------密度，kg/m3;
U---------流體的流速，m/h;
d--------熱絲直徑，m.
兩溫度傳感器（熱電阻）分別置于氣流中兩金屬細管內，一熱電阻測得氣流溫度T；另一細管經功率恒定的電熱加熱，其溫度Tv高于氣流溫度，氣體靜止時Tvzui高，隨著質量流速ρU增加，氣流帶走更多熱量，溫度下降，測得溫度差ΔT=Tv-T.這種方法稱作“溫度差測量法”或“溫度測量法”。
消耗功率P和溫度差ΔT如式3所示比列關系，式中B, C, K均為常數，K在 ~ 之間。從式2便可算出質量流速，乘上點流速于管道平均流速間系數和流通面積的質量流量qm
優(yōu)點
熱分布式TMF可測量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可測量低~中偏高流速(氣體2~60m/s)，插入式TMF更適合于大管徑。
TMF無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小；帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖在測量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。
TMF使用性能相對可靠。與推導式質量流量儀表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計算單元等，僅有流量傳感器，組成簡單，出現故障概率小。
熱分布式儀表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想氣體的雙原子氣體，不*這些氣體專門標定，直接就用空氣標定的儀表，實驗證明差別僅2%左右；用于Ar、He等單原子氣體則乘系數1.4即可；用于其他氣體可用比熱容換算，但偏差可能稍大些。
氣體的比熱容會隨著壓力溫度而變，但在所使用的溫度壓力附近不大的變化可視為常數。
缺點
熱式質量流量計響應慢。
被測量氣體組分變化較大的場所，因cp值和熱導率變化，測量值會有較大變化而產生誤差。
對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當熱量。
對于熱分布式TMF，被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值，必須定期清洗；對細管型儀表更有易堵塞的缺點，一般情況下不能使用。
對脈動流在使用上將受到限制。
液體用TMF對于粘性液體在使用上亦受到限制。


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