一、引言
熱式氣體質(zhì)量流量計專用于單一組分的氣體或固定比例的混合氣體測量，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、半導(dǎo)體、醫(yī)療儀器、生物工程、燃燒控制、配氣、環(huán)境監(jiān)測、精密儀器、科研、計量、食品、冶金、航天航空等領(lǐng)域。
量熱式質(zhì)量流量計用于精密測量和自動控制氣體的質(zhì)量流量。采用標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出信號，可實現(xiàn)計算機(jī)集中控制。在大慶石化公司就有多種形式的應(yīng)用，比如聚丙烯裝置氫氣流量表FT-121A/B采用的是BROOKS量熱流量計，量程為1.45Kg/H和9.5Kg/H。
與傳統(tǒng)的流量計相比，它不需配置溫度、壓力變送器，不用進(jìn)行溫度、壓力的補(bǔ)償就能直接測量質(zhì)量流量(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，0℃，101.325KPa)。
當(dāng)氣體作為生產(chǎn)過程中的控制變量時（例如燃燒、化學(xué)反應(yīng)、通風(fēng)排氣、產(chǎn)品烘干等），使用質(zhì)量流量控制器直接測量，可控制氣體的克分子數(shù)量。
如果要保持定量的氣體混合作為混料或配料，或者要優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)過程，到目前為止還沒有比使用質(zhì)量流量控制器更好的技術(shù)。質(zhì)量流量控制器連續(xù)可調(diào)控制流量，通過顯示儀還可獲得累積流量。
熱式質(zhì)量流量計還是管道系統(tǒng)、閥門類密封性檢測的較好儀器，它直接顯示漏氣量。質(zhì)量流量計性能價格比高，易于安裝，操作簡便，使用質(zhì)量流量計和質(zhì)量流量控制器產(chǎn)品是最合理的選擇之一。
由于此類質(zhì)量流量計的傳感器是熱式原理，如果氣體不是干燥的氣體，將影響傳熱效率，從而影響傳感器的輸出信號和測量精度。
二、基本原理
熱式質(zhì)量流量計根據(jù)熱源及測溫方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種。
1．接觸式熱式質(zhì)量流量計
這種質(zhì)量流量計的加熱元件和測溫元件都置于被測流體的管道內(nèi)，與流體直接接觸，常被稱為托馬斯流量計，適于測量氣體的較大質(zhì)量流量. 其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。由于加熱及測量元件與被測流體直接接觸，因此元件易受流體腐蝕和磨損，影響儀表的測量靈敏度和使用壽命。測量高流速、有腐蝕性的流體時不宜選用，這是接觸式的缺點。
圖1: 接觸式熱式質(zhì)量流量計結(jié)構(gòu)原理
l、3—熱電偶；2一加熱器；4一功率表
2．非接觸式熱式質(zhì)量流量計
這種流量計的加熱及測溫元件都置于流體管道外，與被測流體不直接接觸，克服了接觸式的缺點。熱式微流量型(是非接觸式質(zhì)量流量計的典型結(jié)構(gòu))如圖2所示。儀表的測量導(dǎo)管，為薄壁小口徑鎳管，鎳管外部兩側(cè)纏繞鉑電阻絲3、5作為測溫線圈，并作為測量電橋的兩臂R1、R2。兩測溫線圈的中間纏繞著錳銅絲加熱線圈4，作為儀表的加熱器。當(dāng)流體靜止時，由于測溫線圈對稱地安裝在加熱器兩側(cè)且阻值相等(各100 左右)，因此測量電橋處于平衡狀態(tài)。但當(dāng)流體在鎳管中流經(jīng)測溫電阻時，就破壞了加熱器的溫度場，兩測溫線圈處于不同的溫度場內(nèi)，因而引起電阻值發(fā)生變化。兩測溫線圈阻值不等，破壞了電橋的平衡。根據(jù)電橋平衡原理，由檢流計8測得電阻值的變化, 即可求得質(zhì)量流量M。
非接觸式熱式質(zhì)量流量計
1—測量導(dǎo)管; 2—等溫外殼; 3—測溫線圈; 4—加熱線圈
7—調(diào)零電阻; 8—檢流計
熱式微流量計適用于測量液體和氣體的微小質(zhì)量流量�？蓽y0--100cm3／h的微小液體流量和l0L／h左右的微小氣體流量。
為了使結(jié)構(gòu)簡化，有些產(chǎn)品取消了加熱器，只用兩只測量電阻，既作加熱元件又作為測溫元件。這種設(shè)計，由于熱慣性的原因，儀表反映速度比較小，靈敏度較低; 被測流體溫度變化影響儀表指示的準(zhǔn)確度。
為了提高非接觸熱式質(zhì)量流量計的流量測量范圍，設(shè)計了一種邊界層質(zhì)量流量計，它利用測量流體靠近管壁的邊界層的熱傳導(dǎo)來反映流量的大�。眠@種方式測量流量，一般是利用控制管外壁的加熱器給出的熱量來保持邊界層內(nèi)外溫差恒定，然后根據(jù)熱源測量反映出質(zhì)量流量。
熱式質(zhì)量流量計目前發(fā)展較快的有：熱線質(zhì)量流量計、邊界層質(zhì)量流量計、分流式熱毛細(xì)管質(zhì)量流量計以及用IC基板技術(shù)的熱式質(zhì)量流量計等。
三、 實際應(yīng)用與維護(hù)
我廠聚烯烴裝置中因為控制樹脂分子量需要調(diào)節(jié)氫氣、氧氣等的注入量，而采用了4臺熱式微質(zhì)量流量計。根據(jù)熱式微質(zhì)量流量計這幾年運行的實際情況，對其可靠性、精確度作如下分析：
（一）可靠性
1.平均故障間隔時間（MTBF）
采用平均故障間隔時間（MTBF）來衡量設(shè)備的可靠性。此處的故障指已出現(xiàn)明顯的顯示錯誤，超出儀表的精度要求。由于單臺設(shè)備沒有出現(xiàn)過兩次故障現(xiàn)象，這里可以把整體假定為1臺儀表在4倍的時間里運行，出現(xiàn)過一次故障。
MTBF = 工作時間/故障次數(shù)
=4×6×365×24 / 1
≈2.1×105（h）
2.平均修復(fù)時間（MTTR）
以位號FT-201A微流量計為例：因為傳感器內(nèi)部檢測元件出現(xiàn)問題，返回廠家修理、標(biāo)定，歷時2個月。由此可知，熱式微質(zhì)量流量計的平均修復(fù)時間受外部因素的影響比較大。
(二)精度
所有熱式微質(zhì)量流量計在工作一段時間后的測量誤差做實際對照，流量測量值與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定讀數(shù)的最大誤差均不大于1%，則從實際儀表測量值與標(biāo)定、情況看，它已滿足生產(chǎn)需要。
(三)設(shè)備維護(hù)
我廠處于高寒地區(qū)，對應(yīng)用設(shè)備的耐低溫特性要求極為嚴(yán)格。盡管有一些熱式微質(zhì)量流量計標(biāo)稱的工作溫度范圍可達(dá)到－40℃～80℃，但在實際應(yīng)用中并不理想。因外界的溫度因素的影響，致使加熱元件產(chǎn)生的熱量損耗過大不能正常地加熱被測介質(zhì)，或外界的溫度過高影響介質(zhì)的正常加熱，此時表的指示偏高或超程無指示。根據(jù)我們的實際應(yīng)用體會，認(rèn)為該類型表工作在0℃～55℃是比較適合的。聚丙烯裝置就出現(xiàn)過因低溫導(dǎo)致的設(shè)備失靈的現(xiàn)象，在相應(yīng)的敷設(shè)伴熱管線和儀表保溫箱后問題解決。
該類設(shè)備安裝就位，調(diào)試投用后，只需要進(jìn)行常規(guī)的運行檢查和除塵清潔，無需特殊維護(hù)。
四、結(jié)語
熱式質(zhì)量流量計越來越多地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)外延擴(kuò)散、石油化工微型反應(yīng)裝置、鍍膜工藝、光導(dǎo)纖維制造、熱處理淬火爐等各種場所的氫、氧、氨、燃?xì)獾攘髁繙y量和控制，以及固體氣制冷中固體氬蒸發(fā)等累積量計量和閥門制造中的泄漏量測量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀器等實驗室儀器上，也得到了大量的應(yīng)用，受到越來越多的專業(yè)人員的重視，具有廣闊的發(fā)展前景。
金湖統(tǒng)創(chuàng)儀表有限公司
銷售部：0517-86888834
