熱式氣體質量流量計的核心原理非常直觀:通過測量氣體“帶走熱量”的速度來直接計算出氣體的質量流量。
您可以把它想象成感受風吹過皮膚:風越大(流量越大),你感覺越涼快(被帶走的熱量越多)。這個流量計就是用一個精密的“電子皮膚”來感知這種“涼快”的程度。
工作原理(恒溫差法)
這是最常見的工作方式,簡單來說分為三步:
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加熱與測溫:傳感器上有兩個精密溫度探頭。
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一個作為加熱器,持續加熱到一個固定的目標溫度。
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另一個作為測溫器,用來測量氣體的初始溫度。
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氣體流動帶走熱量:當氣體流過傳感器時,會從加熱探頭帶走熱量。氣體流速越快,帶走的熱量就越多。
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維持溫差與計算:儀器內部的電路會實時監測加熱探頭和測溫探頭之間的溫度差。為了保持這個溫差恒定,電路必須加大供給加熱器的電功率。氣體流量越大,需要補償的功率也就越大。
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得出結果:這個補償的電功率大小與氣體帶走的熱量直接成正比,而帶走的熱量又直接與氣體的質量流量成正比。因此,通過測量電功率的變化,就可以直接計算出氣體的質量流量。
簡單比喻:就像用火燒一壺水,水流越大,想讓水沸騰所需的煤氣開得就越大。這里,“煤氣開得越大”就相當于“電功率增加”,直接對應了“水流越大”。
主要特點
優點:
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直接測量質量流量:無需像其他流量計那樣進行溫度和壓力補償,結果直接就是標準狀態下的質量流量(如 Nm3/h, Kg/h),非常方便。
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無活動部件,可靠性高:傳感器是固定的,不易磨損,壽命長。
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壓損極小:通常是在管道中插入一根探桿,對流體流動的阻礙非常小。
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測量范圍寬:對低流速和微小流量的測量非常靈敏。
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可測量雙向流:一些高級型號可以判斷氣體的正反流向。
缺點:
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依賴氣體物性:測量結果與氣體的比熱容等熱力學性質有關。因此,一臺流量計在出廠時通常針對特定成分的氣體進行了標定。如果氣體成分變化較大,測量會產生誤差。
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對臟污介質敏感:如果氣體中含有油污、粉塵等,可能會附著在傳感器上,影響加熱和測溫,導致測量不準。
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不適用于高溫高壓場合:傳感器的測量原理限制了其在極端工況下的應用。
典型應用
由于其獨特的優點,熱式質量流量計廣泛應用于需要對氣體進行精確管理和控制的場合:
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壓縮空氣測量與節能:工廠里壓縮空氣的消耗計量。
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鍋爐/燃燒過程:助燃空氣和燃氣的流量控制。
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環保監測:煙氣排放監測。
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半導體制造:高純度工藝氣體的流量控制。
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實驗室:各種實驗氣體的精密測量。
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天然氣和沼氣:氣體輸配和能源計量。