热式质量流量计选型

选用考虑要点

1 应用概况

tmf目前绝大部分用于测量气体，只有少量用于测量微小液体流量。

热分布式仪表使用口径和流量均较小，较多应用于半导工业外延扩散、石油化工微型反应装置、镀膜工艺、光导纤维制造、热处理淬火炉等各种场所的氢、氧、氨、燃气等气体流量控制，以及固体致冷中固体氩蒸发等累积量和阀门制造中泄漏量的测量等。在气体色谱仪和气体分析仪等分析仪器上，用于监控取样气体量。分流型热分布式仪表应用于30~50mm以上管径时，通常在主流管道上装孔板等节流装置或均速管，分流部分气体到流量传感器进行测量。

 

冷却效应的插入式tmf国外近10年在环境保护和流程工业中应用发展迅速，例如;水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制，煤粉燃烧过程粉/气配比控制，污水处理发生的气体流量测量，燃料电池工厂各种气体流量测量等等。大管道用还有径向分段排列多组检测元件组成的插入检测杆，应用于锅炉进风量控制以及烟囱烟道排气监测so2和nox排放总量。

 

液体微小流量tmf应用于化学、石油化工、食品等流程工业实验性装置，如液化气流量测量，注入过程中控制流量;高压泵流量控制的反馈量;药液配比系统定流量配比控制;直接液化气液态计量后气化，供给工业流程或商业销售。还有在色谱分析等仪器上用作定量液取样控制以及用于动物实验麻醉液流量测量。还未见到液体微小流量tmf国内定型产品。

 

2流体种类和物性

tmf只能用于测量清洁单相流体------气体或液体，用气体的型号不能用于液体，反之亦然。对于热分布式气体还必须是干燥气体，不能含有湿气。流体可能产生的沉积、结垢以及凝结物均将影响仪表性能。对于热分布式tmf制造厂还应给出接受的不清洁程度，例如大部分给出允许微粒粒度，用户可按此决定是在仪表前装过滤器。浸入式tmf对清洁度要求低些，则可用于测量烟道气，但必须装有阀等插入机构，能再不停流条件下去取出检测头。

 

(1) 流体的比热容和热导率

从式1和式2可知，tmf工作时流体的比热容和热导率保持恒定才能测量准确。被测介质工况温度、压力变化范围不大，仅在工作点附近波动，比热容变化不大，可视作常数。若工作点压力温度远离校准时压力温度，则必须在该工作点压力温度下调整。表2列出几种气体在不同压力温度下的定压比热容，可看到其变化程度。

注： 1cal/ (g?k)=4186.8j/ (kg?k)

 

(2) 流量值的换算

热分布式tmf制造厂通常用空气或氮气在略高于常压的室温工况条件下标定(校准)。如实际使用工况有异或不用于同一气体，均可通过各自条件下比热容或换算系数换算。

 

1) 同一气体不同工况的流量换算 从表2的数值可以看出空气、氩气、一氧化碳、氮气、氧气压力在1mpa以下、温度在400k以下变化，定压比热容变化仅在1%~2%之间，大部分使用场所可不作换算;压力温度变换较大时也可利用式6计算，因为同一气体两种工况条件下定压比热容的比值与摩尔定压比热容的比值是相等的。

 

2) 不同气体间流量换算 有些制造厂的使用说明书给出以空气为基数的转换系数f，可按式6换算;也可直接以标定(校准)气体和实际使用气体的摩尔定压比热按式6换算，但因还有热导率等其他因素，换算后精度要降低些。表3给出若干气体按摩尔定压比热容直接计算和若干制造厂提供的两种转换系数数据，其中freon12两者差别较大。

各厂提供的转换系数单双原子气体差别较小，仅百分之几;烃类气体则差别较大，达20% ~30%。

(5)   

(6)   

式中 qm-----仪表标定的质量流量，但通常以标准状态体积流量表征，l/h(标准状态);

qm" -------特使用气体的质量流量。l/h(标准状态);

cp-------标定气体的摩尔定压比热容，通常为空气，j/ (moi·k);

c"p-------待使用气体的摩尔定压比热容，j/ (moi·k)。

浸入式tmf由于式(3)和式(4)中各系数由各个检测元件几何形状和所测气体而定，所以目前通常只能在实际使用条件下个别校准。

 

3) 混合气体的换算的转换系数 混合气体的换算亦按式6进行，惟其转换系数fmix按式7合成

(7)   

式中 v1,v2,----vn为各成分气体体积的占有率;f1,f2,-----fn为各成分气体的转换系数。

 

(3)流体中含有异相和低沸点液体

气体用仪表，热分布式必须是清洁气体，不能有固相，浸入式则可允有微粒，但均不得含有水气。测量液体时如混入气泡会产生测量误差。

由于大部分tmf要带给流体一定热量，流体温度会升高，如所测液体是低沸点液体，应考虑液体汽化气化问题，必要是时选用致冷元件的tmf。

 

3 仪表性能考虑

(1) 流量范围、流速和范围度

tmf的流量应以单位时间流过的质量来表示，但测量气体时习惯上亦常以计算到标准状态下单位时间流过的体积表示。流速亦以标准状态下单位时间流过距离的长度表示。与其他流量计相比，tmf适用于低流速范围，特别是小口径热分布式;带测量短管浸入检测杆式可选上限(满度)流速范围较宽，上限范围度(*大上限流量/*小上限流量)在10~ 30(th1200型)和60 ~80 (th1300型)之间。

插入式tmf的上限流速选择范围较宽，可在0.5~100m/s,但较多用于3~60m/s之间，视仪表结构设计而异。插入式tmf 适用于低流速烟道气测量。

液体用tmf的上限流量很小，国外现有产品上限流量范围在10-1~102g/min数量级之间;流量范围度在10:1~50:1之间。

 

(2)精确度和重复性

tmf 具有中等测量精确度。热分布式的基本误差通常在±(2~2.5)%fs之间。国外设计优良的产品则有较高精确度，基本误差为±1%fs，重复性则在0.2%~0.5%fs之间。带测量短管浸入式的基本误差相仿，亦在±(2~2.5)%之间，设计优良的产品可达±2%r。插入式除仪表本身基本误差外，还应加上流速分布系数变化影响等，单点测量影响较大，多点或多检测杆则影响较小，合计约在±(2.5~5)%fs之间。

插入式仪表检测的点数视流通面积和流动状况而定，有制造厂在正常流速分布流动状况下，推荐检测点数为：;圆管直径在200mm以下为单位单点，200~300mm为双点，350~700mm为3~4点，750~1200为5点，1250mm以上为6点。矩形管面积0.05m2以下为单点，0.1~0.2m2为2~4点，0.2~2.5mm2为4~12点，2.5m2以上为12~20为点。

 

(3) 响应性

在流量仪表中tmf的响应时间是比较长的，时间常数一般为2~5s，响应较快者为0.5s，有些型号长达数秒、十几秒甚至几十秒者。若应用于控制系统不能选用响应时间长的仪表。

 

(4) 流体温度，环境温度和环境温度影响量

流体使用温度一般为0~500c，范围较宽者为─10~1200c，应用于窑炉或烟道的高温高粉尘型则可高达5500c。加热热源温度高于气体数十度(k)。

测量气体时流体温度变化，不像体积流量仪表那样气体体积变化改变所测(体积)流量，并不影响质量流量，然而如前文所述若温度变化过大，比热容的变化会导致量程变化。这种影响因气体种类而异，如空气、氮气、氧气、氢气等影响量不大;但有些气体例如甲烷压力在0.1mpa，温度从300k升高到400k定压比热容要增加11.1%(见表2)此外还有零点偏移影响。

环境温度适用范围通常为(0~50)0c。较宽者为(─10~ +80)0c。环境温度激烈变化将影响经外壳散失的热量，导致测量值的变化，包括零点偏移和量程变化。环境温度影响量一般为±(0.5~1.5)%/10k，但也有一些制造厂声称无环境温度影响。

 

(5) 压力损失

气体用仪表压力损失很小，满量程流量时热分布式压力损失均在10kpa以下，其中带层流分流部件(或无分流部件)的小管型，如ldg-1db、ldg-2db型仅数十帕;浸入式亦仅数十帕。