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熱式質量流量計的應用及特點
關鍵字：熱式質量流量計,質量流量計,流量計 日期：2012-9-24 8:26:14
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熱式質量流量計(thermal mass flowmeter，TMF)是利用傳熱原理檢測流量的儀表，即利用
流動的流體與熱源（流體通道內加熱體或管壁外加熱體）之間熱量交換關系來測量流量的儀表。
20世紀60年代，美國首先為宇航業所需氣體質量控制開發出TMF正式產品，其后應用于半
導體工業的制造設備上，得到很大發展，后又擴展到其他工業應用領域。近年還在工業應用上
從測量氣體擴大到測量液體。
由于氣體TMF日趨成熟且應用面不斷拓寬，國際標準化組織(ISO)已制定有關“規范、檢驗、
安裝、運行和校準”氣體TMF的國際標準IS0 14511: 2001。
應用概況
熱式流量儀表除了本章主要討論輸出連續量的TMF外，還有另一分支——熱式流量開關。
流量開關也有稱作流動替續器(flow relay)。它主要在流量超過上限（或下限）時，發出兩位控
制信號，有些流量開關的流量上、下限值還可由用戶自行設定。流量開關主要用于空調、通風、
水／風冷卻、潤滑油等系統的保護監控。
當前TMF主要應用于測量氣體，只有很小部分應用于測量微小液體流量。
1．熱分布式氣體TMF
熱式質量流量計適用于測量小流量微小口徑的清潔氣體，應用于精細制造工藝和微小流量采樣控
制等。
(l)半導體工業應用半導體工業曾是TMF主要服務對象。TMF是應承半導體業需求的推動而
得到蓬勃發展，應用于擴散、氧化、外延、等離子刻蝕、濺射等工藝設備中，測量和控制超凈
氣體或腐蝕／有害氣體流量，如氫、氨、氟化氫、三氟化氮、氧化氮、砷化三氫、磷化氫等。
1995年世界范圍內半導業仍購置了三千余萬美元的TMF，約占熱式流量儀表市場的1/3。
(2)分析儀器采樣氣體測量氣體色譜儀和環境保護等分析儀器氣體取樣量或大氣采集量所用
的配套用流量儀表，原常用浮子流量計，現在凡要求較高者漸被氣體TMF所代替，其應用非常
普遍。
(3)機械構件密封性測試和尺寸精密測量例如測量閥門等機械構件氣密性指標中的氣體泄
漏量，測量小孔尺寸和過濾材料透氣性測試等。
(4)化工、石油等流程工業微型試驗裝置中微小氣體流量的測量和控制
(5)其他應用 光導纖維制造；電廠氫冷發電機氫氣補給量測量；燃燒噴嘴天然氣流量測量
與控制；熱處理爐保護氣或滲碳氣充氣量；醫學保健氧氣或麻醉劑氣流量控制等。
2．熱消散效應侵入式（或插入式）氣體流量計
該類儀表應用于較大管徑，除測量潔凈氣體外還可測量存在一些塵粒的粗放氣體，如煙道
氣等。
(1)取暖通風空調(HVAC)業 在國外HVAC業也是熱式氣體流量計的主要服務對
象，包括有無流通的監控（流量開關）和通風量的測量控制（流量計）。1995年在世界范圍內
HVAC業采購熱式流量儀表超過其市場總額的1/4。但在國內這方面應用似乎尚不普遍。
(2)公用事業給水和污水治理應用于給水工業的原水水處理殺菌凈化過程中氯氣、臭氧和氨
氣等流量測量和控制；污水治理；曝氣凈化過程中空氣和處理過程中產生氣體的測量控制。
(3)能源工業應用于測量天然氣，鍋爐通風鼓風空氣、儲罐管線排氣等。在煤粉／空氣配比
過程中，測量和控制空氣流量。
(4)氣體連續排放監控(CEM) 環境保護要求控制鍋爐燃燒煙道氣中S02和NOz的排放總量，
由流量儀表和分析儀器等組成CEM (continous emission monitoring)系統進行測量。雖然美國
環境保護局曾在1991年認為可選擇三種流量儀表：差壓方式（均速管）、超聲式和熱式，但考
察當前市場供應狀況，似乎熱式流量計在煙道氣應用上漸成主導品種。
(5)其他工業應用如水泥業豎式磨粉排放熱氣、燃料電池工廠各種氣體等。
3．微小液體流量測量
微小液體熱式流量計應用于化學、石油化工、醫藥食品等流程工業實驗性裝置。例如，藥
液系統中定流量配比控制、液化氣注入過程中流量測量和控制。測量高壓丙烷、丁烷、液氨、
C02等液態氣體。由于測量原理上液體加熱溫升不高，或是對液體冷卻，因此十分適合測量液
化氣體和易汽化液體。
TMF的特點
TMF有以下特點。
①能測量極低流速和微小流量；能測低壓氣體流量，甚至是真空狀的分子流。
②無活動部件，可靠性高。
③無壓力損失或壓力損失很小。基型熱分布式TMF無阻流元件，不存在測量引起的壓力損
失；帶分流管熱分布式TMF和侵入式TMF雖有阻流件，壓力損失也不大。
④測量氣體流量時，常以標準狀態下的體積流量單位表示，介質溫度／壓力變化幾乎不影
響所測量值。若標準狀態下密度恒定（即組分不變），則類似于質量流量。
⑤儀表系數隨氣體種類或混合氣體組分而變，不能測量質量熱容（比熱容）變化的流體。
因氣體種類或組分改變，其定壓比熱容cp和熱傳導系數隨之而變，影響測量值。更不能用于混
相流體或可能產生相變流體。
⑥熱分布式TMF用于CO、N2、02等接近理想氣體的雙原子氣體，可直接用空氣校準流量。
應用于其他氣體只需按介質種類作系數換算。熱消散效應（金氏定律）TMF則必須用所測氣體
校準。
⑦氣體比熱容會隨著溫度／壓力而變，但若所測氣體溫度／壓力不高，且變化幅度不大，
則可視為常數。
⑧大部分TMF響應慢，應用于脈動流時將受到限制，對黏性液體在使用上亦受到限制。
⑨被測流體潔凈度要求較高，熱分布式TMF測量管內壁沉積塵垢會影響測量值，必須
定期清除，毛細管型熱分布式TMF更有測量通道易堵塞的缺點。金氏定律TMF要求相對低些，但
檢測元件積聚塵埃也要影響測量值。
⑩對微小流量而言，TMF會給流體帶來相當熱量，對某些流體（如易汽化液體）使用受到一
定制約。
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