一、引言
量熱式氣體質(zhì)量流量計專(zhuān)用于單一組分的氣體或固定比例的混合氣體測量，目前已廣泛應用于石油、化工、半導體、醫療儀器、生物工程、燃燒控制、配氣、環(huán)境監測、精密儀器、科研、計量、食品、冶金、航天航空等領(lǐng)域。
量熱式質(zhì)量流量計用于精密測量和自動(dòng)控制氣體的質(zhì)量流量。采用標準輸入輸出信號，可實(shí)現計算機集中控制。在大慶石化公司就有多種形式的應用，比如聚丙烯裝置氫氣流量表FT-121A/B采用的是BROOKS量熱流量計，量程為1.45Kg/H和9.5Kg/H。
與傳統的流量計相比，它不需配置溫度、壓力變送器，不用進(jìn)行溫度、壓力的補償就能直接測量質(zhì)量流量(在標準狀態(tài)下，0℃，101.325KPa)。
當氣體作為生產(chǎn)過(guò)程中的控制變量時(shí)（例如燃燒、化學(xué)反應、通風(fēng)排氣、產(chǎn)品烘干等），使用質(zhì)量流量控制器直接測量，可控制氣體的克分子數量。
如果要保持定量的氣體混合作為混料或配料，或者要優(yōu)化化學(xué)反應過(guò)程，到目前為止還沒(méi)有比使用質(zhì)量流量控制器更好的技術(shù)。質(zhì)量流量控制器連續可調控制流量，通過(guò)顯示儀還可獲得累積流量。
圖1: 接觸式熱式質(zhì)量流量計結構原理
熱式質(zhì)量流量計還是管道系統、閥門(mén)類(lèi)密封性檢測的較好儀器，它直接顯示漏氣量。質(zhì)量流量計性能價(jià)格比高，易于安裝，操作簡(jiǎn)便，使用質(zhì)量流量計和質(zhì)量流量控制器產(chǎn)品是最合理的選擇之一。
由于此類(lèi)質(zhì)量流量計的傳感器是熱式原理，如果氣體不是干燥的氣體，將影響傳熱效率，從而影響傳感器的輸出信號和測量精度。
二、基本原理
熱式質(zhì)量流量計根據熱源及測溫方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種。
1．接觸式熱式質(zhì)量流量計
這種質(zhì)量流量計的加熱元件和測溫元件都置于被測流體的管道內，與流體直接接觸，常被稱(chēng)為托馬斯流量計，適于測量氣體的較大質(zhì)量流量. 其結構原理如圖1所示。由于加熱及測量元件與被測流體直接接觸，因此元件易受流體腐蝕和磨損，影響儀表的測量靈敏度和使用壽命。測量高流速、有腐蝕性的流體時(shí)不宜選用，這是接觸式的缺點(diǎn)。
l、3—熱電偶；2一加熱器；4一功率表
2．非接觸式熱式質(zhì)量流量計
這種流量計的加熱及測溫元件都置于流體管道外，與被測流體不直接接觸，克服了接觸式的缺點(diǎn)。熱式微流量型(是非接觸式質(zhì)量流量計的典型結構)如圖2所示。儀表的測量導管，為薄壁小口徑鎳管，鎳管外部?jì)蓚壤p繞鉑電阻絲3、5作為測溫線(xiàn)圈，并作為測量電橋的兩臂R1、R2。兩測溫線(xiàn)圈的中間纏繞著(zhù)錳銅絲加熱線(xiàn)圈4，作為儀表的加熱器。當流體靜止時(shí)，由于測溫線(xiàn)圈對稱(chēng)地安裝在加熱器兩側且阻值相等(各100 左右)，因此測量電橋處于平衡狀態(tài)。但當流體在鎳管中流經(jīng)測溫電阻時(shí)，就破壞了加熱器的溫度場(chǎng)，兩測溫線(xiàn)圈處于不同的溫度場(chǎng)內，因而引起電阻值發(fā)生變化。兩測溫線(xiàn)圈阻值不等，破壞了電橋的平衡。根據電橋平衡原理，由檢流計8測得電阻值的變化, 即可求得質(zhì)量流量M。
1—測量導管; 2—等溫外殼; 3—測溫線(xiàn)圈; 4—加熱線(xiàn)圈7—調零電阻; 8—檢流計
熱式微流量計適用于測量液體和氣體的微小質(zhì)量流量�？蓽y0--100cm3／h的微小液體流量和l0L／h左右的微小氣體流量。
為了使結構簡(jiǎn)化，有些產(chǎn)品取消了加熱器，只用兩只測量電阻，既作加熱元件又作為測溫元件。這種設計，由于熱慣性的原因，儀表反映速度比較小，靈敏度較低; 被測流體溫度變化影響儀表指示的準確度。
為了提高非接觸熱式質(zhì)量流量計的流量測量范圍，設計了一種邊界層質(zhì)量流量計，它利用測量流體靠近管壁的邊界層的熱傳導來(lái)反映流量的大�。眠@種方式測量流量，一般是利用控制管外壁的加熱器給出的熱量來(lái)保持邊界層內外溫差恒定，然后根據熱源測量反映出質(zhì)量流量。
熱式質(zhì)量流量計目前發(fā)展較快的有：熱線(xiàn)質(zhì)量流量計、邊界層質(zhì)量流量計、分流式熱毛細管質(zhì)量流量計以及用IC基板技術(shù)的熱式質(zhì)量流量計等。
三、 實(shí)際應用與維護
我廠(chǎng)聚烯烴裝置中因為控制樹(shù)脂分子量需要調節氫氣、氧氣等的注入量，而采用了4臺熱式微質(zhì)量流量計。根據熱式微質(zhì)量流量計這幾年運行的實(shí)際情況，對其可靠性、精確度作如下分析：
（一）可靠性
1.平均故障間隔時(shí)間（MTBF）
采用平均故障間隔時(shí)間（MTBF）來(lái)衡量設備的可靠性。此處的故障指已出現明顯的顯示錯誤，超出儀表的精度要求。由于單臺設備沒(méi)有出現過(guò)兩次故障現象，這里可以把整體假定為1臺儀表在4倍的時(shí)間里運行，出現過(guò)一次故障。
MTBF = 工作時(shí)間/故障次數
=4×6×365×24 / 1
≈2.1×105（h）
2.平均修復時(shí)間（MTTR）
以位號FT-201A微流量計為例：因為傳感器內部檢測元件出現問(wèn)題，返回廠(chǎng)家修理、標定，歷時(shí)2個(gè)月。由此可知，熱式微質(zhì)量流量計的平均修復時(shí)間受外部因素的影響比較大。
圖2: 非接觸式熱式質(zhì)量流量計
(二)精度
所有熱式微質(zhì)量流量計在工作一段時(shí)間后的測量誤差做實(shí)際對照，流量測量值與標準標定讀數的最大誤差均不大于1%，則從實(shí)際儀表測量值與標定、情況看，它已滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。 (三)設備維護
我廠(chǎng)處于高寒地區，對應用設備的耐低溫特性要求極為嚴格。盡管有一些熱式微質(zhì)量流量計標稱(chēng)的工作溫度范圍可達到－40℃～80℃，但在實(shí)際應用中并不理想。因外界的溫度因素的影響，致使加熱元件產(chǎn)生的熱量損耗過(guò)大不能正常地加熱被測介質(zhì)，或外界的溫度過(guò)高影響介質(zhì)的正常加熱，此時(shí)表的指示偏高或超程無(wú)指示。根據我們的實(shí)際應用體會(huì )，認為該類(lèi)型表工作在0℃～55℃是比較適合的。聚丙烯裝置就出現過(guò)因低溫導致的設備失靈的現象，在相應的敷設伴熱管線(xiàn)和儀表保溫箱后問(wèn)題解決。
該類(lèi)設備安裝就位，調試投用后，只需要進(jìn)行常規的運行檢查和除塵清潔，無(wú)需特殊維護。
四、結語(yǔ)
熱式質(zhì)量流量計越來(lái)越多地應用于半導體工業(yè)外延擴散、石油化工微型反應裝置、鍍膜工藝、光導纖維制造、熱處理淬火爐等各種場(chǎng)所的氫、氧、氨、燃氣等流量測量和控制，以及固體氣制冷中固體氬蒸發(fā)等累積量計量和閥門(mén)制造中的泄漏量測量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀器等實(shí)驗室儀器上，也得到了大量的應用，受到越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)人員的重視，具有廣闊的發(fā)展前景。
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