熱式流量計工作原理詳解

2025-08-12

熱式流量計（Thermal Mass Flow Meter）是一種基于熱傳導(dǎo)原理測量氣體或液體質(zhì)量流量的儀表，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、環(huán)保、能源等領(lǐng)域。其核心原理是通過測量流體吸收的熱量來計算流量，無需溫度或壓力補償，直接輸出質(zhì)量流量數(shù)據(jù)。

工作原理

熱擴散原理：
傳感器包含兩個溫度傳感器（一個加熱，一個參考）。流體流經(jīng)加熱元件時會帶走熱量，導(dǎo)致加熱元件溫度降低，流量越大，溫差變化越明顯。通過測量溫差或維持溫差所需的加熱功率，可計算出質(zhì)量流量。
- 恒功率法：保持加熱功率恒定，測量溫差與流量的關(guān)系。
- 恒溫差法：保持溫差恒定，通過調(diào)節(jié)加熱功率來反映流量。
King’s Law（金氏定律）：
適用于氣體流量測量，加熱元件的熱損失與流體流速的平方根成正比，數(shù)學關(guān)系為：
Q=(A+Bv)⋅ΔTQ=(A+Bv?)⋅ΔT
其中 QQ 為加熱功率，vv 為流速，A/BA/B 為常數(shù)，ΔTΔT 為溫差。

主要類型

插入式：
傳感器直接插入管道，適合大管徑氣體測量（如煙道氣、壓縮空氣）。
管段式：
集成在管道中，適用于小管徑或潔凈流體（如半導(dǎo)體行業(yè)氣體）。
毛細管式：
用于微小流量測量（如實驗室、醫(yī)療氣體）。

特點與優(yōu)勢

直接測量質(zhì)量流量：無需額外補償，簡化系統(tǒng)設(shè)計。
低壓損：無機械阻擋部件，減少能量損失。
高靈敏度：適合低流速或微小流量檢測（可低至0.01 m/s）。
寬量程比：通常可達100:1，適應(yīng)流量波動大的場景。
適用氣體種類多：可校準特定氣體（如氫氣、甲烷等）。

局限性

介質(zhì)依賴性：需校準特定氣體的熱物性（比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)）。
不適用于液體混氣或臟污介質(zhì)：顆粒物可能污染傳感器。
溫度影響：極端溫度環(huán)境需特殊設(shè)計。

典型應(yīng)用

工業(yè)氣體監(jiān)測：壓縮空氣、氮氣、氧氣等。
環(huán)保：煙氣排放、沼氣流量測量。
能源：天然氣管道、氫氣燃料電池。
半導(dǎo)體制造：高純度氣體控制。

選型注意事項

介質(zhì)性質(zhì)：氣體成分、潔凈度、濕度。
流量范圍：確保工作流量在量程的10%~90%內(nèi)。
管道條件：管徑、安裝方向（水平/垂直）。
輸出信號：模擬（4-20mA）、數(shù)字（RS485、HART等）。

常見品牌與型號

SIEMENS（SITRANS FUE系列）
Bronkhorst（適用于微小流量）
艾絲特儀表（ATMF系列）

熱式流量計因其結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快，在氣體測量中優(yōu)勢顯著，但需根據(jù)具體工況合理選型以確保精度和壽命。如想了解更多流量計相關(guān)信息或者流量計選型，可咨詢艾絲特流量計廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號）獲取幫助。