熱式流量計的工作原理及分類

熱式流量計按結構可以分為熱分布型和浸入型。熱分布型熱式流量計將傳感元件放置于管道壁，傳感元件經過加熱溫度高于流體溫度，流體流經傳感元件表面導致上下游溫度發生變化，利用上下游溫度差測量流體流量，一般用于微小流速氣體流量的測量。熱分布型熱式流量計的工作原理如圖1所示，傳感元件由上游熱電阻、加熱器和下游熱電阻組成，加熱器位于管道中心，使得傳感元件溫度高于環境溫度，上游熱電阻和下游熱電阻對稱分布于加熱器的兩側。圖1中曲線1所示為管道中沒有流體流過時傳感元件的溫度分布線，相對于加熱器的上下游熱電阻溫度是對稱的。當有流體經過熱式傳感元件時，溫度分布為曲線2，顯然流體將上游部分的熱量帶給下游，導致上游溫度比下游溫度低，上下游熱電阻的溫度差ΔT反映了流體的流量，即ΔT=f（m）。當流體流速過大時，上下游熱電阻的溫度差ΔT趨向于0，因此熱分布型熱式流量計用于測量低流速氣體微小流量。氣體質量流量qm可表示為

式中：Cp———流體介質的定壓比熱容；A———熱傳導系數；K———儀表系數。

式中：E———系數與流體介質物性參數有關；D———與流體流動有關的常數。如果保持加熱電路功率P恒定，這種測量方法為恒功率法；如果保持溫度差ΔT恒定，這種測量方法為恒溫差法，兩種方法有各自的優缺點，使用時據具體環境和需要而定。目前較普遍的是采用恒溫差法，由于需要不同的應用領域，恒溫差法已不適用于某些場合的測量，因此恒功率法應用領域越來越廣泛。恒溫差法的基本原理是流體流過加熱的熱電阻表面使得熱電阻表面的溫度降低，熱電阻的阻值變小。反饋電路自動進行處理，通過熱電阻的加熱電流變大從而使得熱電阻溫度升高，即可使得熱電阻與流體溫度差恒定。通過測量傳感電路的輸出電流或輸出電壓便可獲得流量值。恒功率法的基本原理是加熱功率為恒定值，管道內沒有流體流過時溫度差ΔT大，當流體流過熱電阻表面時熱電阻與流體溫度差變小，通過測量ΔT便可得到流體流量。