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热式质量流量计特点

      热式质量流量计(thermalmassflowmeter,TMF)是利用传热原理检测流量的仪表,即利用流动的流体与热源(流体通道内加热体或管壁外加热体)之间热量交换关系米测量流量的仪表。
  
   20世纪60年代,美国首先为宇航业所需气体质量控制开发出TMF正式产品,其后应用于半导体工业的制造设备上,得到很大发展,后又扩展到其他工业应用领域。近年还在工:业应用上从测量气体扩大到测量液体。
  
  由于气体TMF口趋成熟且应用面不断拓宽,国际标准化组织(1SO)已制定有关“规范、检验、安装、运行和校准”气体TMF的国际标准IS014511:2001。
  
  世界工业发达国家已有众多制造企业生产TMF和热式流量开关(thermalflowswitch)投放市场,20世纪90年代初中期,世界范围TMF销售额占流量仪表的3%~8%,年销售台数1.75万~4.5万台。
  
   我国开发TMF较晚,20世纪70年代才山北京化工研究院和冶金部矿冶研究院上海光华仪表厂分别研制了气体和液体TMF。
  
  热式流量仪表除了本文主要讨论输出连续量的TMF外,还有另一分支一热式流量开关。流量开关也有称作流动替续器(flowrelay)。它主要在流量超过上限(或下限)时,发出两位控制信号,有些流量开关的流量上,下限值还可由用户内行设定。流量开关主要用于空调、通风、水/风冷却、润滑油等系统的保护监控。
  
   一、当前TMF主要应用于测量气体,只有很小部分应J”于测量微小液体流量。
  
   1.热分布式气体TMF
  
   本类仪表适用于测量小流量微小口径的清洁气体,应用于精细制造工艺和微小流量采样控制等。
  
  (1)半导体工业应用半导体工业曾是TMF主要服务对象。TMF是应承半导体业需求的推动而得到蓬勃发展,应用于扩散、氧化、外延、等离子刻蚀、溅射等工艺设备中,测量和控制超净气体或腐蚀/有害气体流量,如氢、氨、氟化氢、三氟化氮、氧化氮、砷化三氢、磷化氢等。1995年世界范围内半导业仍购置了三千余万美元的TMF,约占热式流量仪表市场的1/3。
  
  (2)分析仪器采样气体测量气体色潜仪和环境保护等分析仪器气体取样量或大气采集量所用的配套用流量仪表,原常用浮子流量计,现在凡要求较高者渐被气体TMF所代替,其应用非常普遍。
  
  (3)机械构件密封性测试和尺寸精密测量例如测量阀门等机械构件气密性指标中的气体泄漏量,测量小孔尺寸和过滤材料透气性测试等。
  
   (4)化工、石油等流程工业微型试验装置中微小气体流量的测量和控制
  
  (5)其他应用光导纤维制造;电厂氢冷发电机氢气补给量测量;燃烧喷嘴天然气流量测量与控制;热处理炉保护气或渗碳气充气量;医学保健氧气或麻醉剂气流量控制等。
  
   2.热消散效应侵入式(或插入式)气体流量计
  
   该类仪表应用于较大管径,除测量洁净气体外还可测量存在一些尘粒的粗放气体,如烟道气等。
  
  (1)取暖通风空调(HVAC)业在国外HVAC业也是热式气体流量计的主要服务对象,包括有无流通的监控(流量开关)和通风量的测量控制(流量计)。1995年在世界范围内HVAC业采购热式流量仪表超过其市场总额的1/4。但在国内这方面应用似乎尚不普遍。
  
  (2)公用事业给水和污水治理应用于给水工业的原水水处理杀菌净化过程中氯气、臭氧和氨气等流量测量和控制;污水治理;曝气净化过程中空气和处理过程中产生气体的测量控制。
  
   (3)能源工业应用于测量天然气、锅炉通风鼓风空气、储罐管线排气等。在煤粉/空气配比过程中,测量和控制空气流量。
  
  (4)气体连续排放监控(CEM)环境保护要求控制锅炉燃烧烟道气中S02和NO。的排放总量,由流量仪表和分析仪器等组成CEM(continousemissionmonitoring)系统进行测量。虽然美国环境保护局曾在1991年认为可选择三种流量仪表:差压方式(均速管)、超声式和热式,但考察当前市场供应状况,似乎热式流量计在烟道气应用上渐成主导品种。
  
   (5)其他工业应用如水泥业竖式磨粉排放热气、燃料电池工厂各种气体等。
  
   3.微小液体流量测量
  
  微小液体热式流量计应用于化学、石油化工、医药食品等流程工业实验性装置。例如,药液系统中定流量配比控制、液化气注入过程中流量测量和控制。测量高压丙烷、丁烷、液氨、COz等液态气体。由于测量原理上液体加热温升不高,或是对液体冷却,因此十分适合测量液化气体和易汽化液体。
  
   二、TMF的特点
  
   TMF有以下特点。
  
   ①能测量极低流速和微小流量;能测低压气体流量,甚至是真空状的分子流。
  
   ②无活动部件,可靠性高。
  
   ③无压力损失或压力损失很小。基型热分布式TMF无阻流元件,不存在测量引起的压力损失;带分流管热分布式TMF和侵入式TMF虽有阻流件,压力损失也不大。
  
   ④测量气体流量时,常以标准状态下的体积流量单位表示,介质温度/压力变化几乎不影响所测量值。若标准状态下密度恒定(即组分不变),则类似于质量流量。
  
   ⑤仪表系数随气体种类或混合气体组分而变,不能测量质量热容(比热容)变化的流体。因气体种类或组分改变,其定压比热容Jp和热传导系数随之而变,影响测量值。更不能用于混相流体或可能产生相变流体。
  
   ⑥热分布式TMF用于CO、N2、02等接近理想气体的双原子气体,可直接用空气校验。

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