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熱式流量計是一種利用熱傳導原理來測量流體流量的儀表。其核心思想是：流體流動會帶走熱量，流量的變化會導致熱量被帶走的速率發(fā)生變化，通過測量這種熱量變化，就可以反推出流體的流速和流量。

它尤其在中低流速的氣體流量測量領域表現(xiàn)出色，是目前氣體流量測量中最主要的技術之一。

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一、工作原理

熱式流量計主要基于兩種基本原理工作：恒溫差原理?和?恒功率原理。

1. 恒溫差原理
這是目前最主流、應用最廣泛的工作原理。

• 核心組件：?傳感器內部通常有兩個溫度傳感器（通常是鉑電阻）：一個作為加熱器，被加熱到高于流體溫度的一個固定值；另一個作為參考探頭，用于感知流體的實際溫度。

• 工作過程：

  1. 當流體靜止時，加熱器和流體之間的溫差保持恒定。

  2. 當流體開始流動時，流動的流體會帶走加熱器的熱量，導致其溫度有下降的趨勢。

  3. 控制系統(tǒng)迅速檢測到這一變化，并立即增加供給加熱器的功率，以使其溫度恢復到設定的溫差值。

  4. 流體流速越快，帶走的熱量越多，需要維持恒溫差所消耗的加熱功率也就越大。

• 測量方式：?因此，通過精確測量為保持恒溫差所消耗的加熱功率，就可以直接計算出流體的流速和流量。該功率與流體的質量流量有良好的對應關系。

2. 恒功率原理

• 核心組件：?同樣有兩個溫度傳感器，上游和下游各一個。上游探頭被恒定功率加熱。

• 工作過程：

  1. 在流體靜止時，兩個探頭的溫度分布是固定的，存在一個固定的溫差。

  2. 當流體流動時，流體將上游熱探頭的熱量帶至下游，導致下游探頭的溫度升高。

  3. 流體流速越快，熱量被帶到下游越多，兩個探頭之間的溫差就越小。

• 測量方式：?因此，通過測量兩個探頭之間的溫度差，就可以反推出流體的流速和流量。

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二、主要特點

優(yōu)點：

1. 高精度測量氣體：?對氣體，尤其是中低流速的氣體，測量精度非常高。

2. 測量范圍寬（量程比寬）：?通常可以達到100:1甚至更高，意味著同一臺流量計既能測很小的流量，也能測較大的流量。

3. 無活動部件，壓力損失極小：?傳感器探頭直接插入管道，對流體幾乎不產生阻礙，因此壓損極低，節(jié)能效果好。

4. 可直接測量質量流量：?原理上測量的是流體帶走熱量的能力，這與氣體的質量流量直接相關，無需進行溫度和壓力補償即可得到質量流量，這是其巨大優(yōu)勢。

5. 響應速度快：?對流量變化能做出快速反應。

6. 可測量極低流速：?能夠測量低至每秒幾厘米的流速，這是很多其他類型流量計難以做到的。

7. 適用多種氣體：?在標定后，可以測量空氣、氧氣、氮氣、氫氣、沼氣、煙氣等多種氣體。

缺點：

1. 對介質成分和性質敏感：?測量結果依賴于流體的導熱系數和比熱容。如果氣體成分發(fā)生較大變化，會直接影響測量精度，必須重新標定。

2. 不適用于液體（絕大多數）：?液體的導熱和熱容特性與氣體差異巨大，常規(guī)的熱式氣體流量計不能用于液體。雖然有專門的熱式液體流量計，但應用較少。

3. 對臟污介質敏感：?如果氣體中含有油污、粉塵等，可能會覆蓋在傳感器表面，形成隔熱層，嚴重影響測量精度甚至損壞傳感器。

4. 不適用于高壓氣體：?在高壓力下，氣體的熱物理性質會發(fā)生變化，影響測量。

5. 需要一定長度的直管段：?為保證流場穩(wěn)定，安裝時需要前后留有足夠的直管段。

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三、主要應用領域

熱式流量計幾乎成為了以下領域氣體流量測量的首選：

• 半導體制造：?測量高純度、特殊工藝氣體（如氦氣、氬氣）。

• 環(huán)保監(jiān)測：?監(jiān)測煙氣排放、沼氣產量、污水處理過程中的曝氣流量。

• ** HVAC（暖通空調）：** 測量送風、回風管道中的空氣流量。

• 能源管理：?壓縮空氣系統(tǒng)測量和能源核算，天然氣、煤氣測量。

• 實驗室科研：?對各種實驗裝置中的氣體流量進行精確測量。

• 醫(yī)療設備：?呼吸機、麻醉機中的氣體流量控制。

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四、主要結構形式

1. 插入式：

   • 將傳感器探頭直接插入工藝管道中。

   • 適用于大管徑管道，成本低，安裝方便。

   • 精度相對較低，因為它測量的是管道中某一點的流速，需要通過模型來推算整個截面的平均流量。

2. 管段式：

   • 將傳感器固定安裝在一個經過精密加工的短管段內，形成一個完整的流量計。

   • 出廠前經過精確標定，精度高。

   • 適用于中小管徑的管道。

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五、選型要點

在選擇熱式流量計時，需要考慮：

• 測量介質：?明確是何種氣體，其熱物理性質是否穩(wěn)定。

• 流量范圍：?確定最大、最小和常用流量。

• 管道尺寸：?決定使用插入式還是管段式。

• 工藝壓力與溫度：?確保在儀表的工作范圍內。

• 介質潔凈度：?如果介質不潔凈，需要選擇防污型探頭或采取過濾措施。

• 精度要求：?根據應用場景選擇合適精度等級的產品。

• 輸出信號與通信需求：?如4-20mA、脈沖輸出、HART、Profibus-PA等。