熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是一種基于熱傳導(dǎo)原理直接測(cè)量氣體質(zhì)量流量的儀表。它最大的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需溫度壓力補(bǔ)償，直接輸出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的質(zhì)量流量，非常適合過(guò)程控制、能源計(jì)量和泄漏檢測(cè)。

一、核心工作原理：國(guó)王的吹風(fēng)故事

想象一個(gè)國(guó)王坐在寶座上（熱源），他的兩個(gè)仆人（溫度傳感器）站在他前面和后面。當(dāng)沒(méi)有風(fēng)時(shí)，兩個(gè)仆人感受到國(guó)王的“熱量”是一樣的。當(dāng)有風(fēng)從前面吹來(lái)時(shí)，前面的仆人感覺(jué)更熱（因?yàn)轱L(fēng)把熱量帶向他），后面的仆人感覺(jué)更冷（熱量被風(fēng)帶走了）。風(fēng)越大，這種溫差就越大。

映射到儀表上：

• 國(guó)王 = 一個(gè)被加熱的元件（加熱體）。

• 仆人 = 檢測(cè)溫度變化的傳感器（測(cè)溫體）。

• 風(fēng) = 流動(dòng)的氣體。

• 溫差 = 氣體質(zhì)量流量的度量。

二、兩種主流技術(shù)方案詳解

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式，其物理原理相同，但技術(shù)路徑不同。

方案A：恒功率法

• 原理：保持加熱元件的加熱功率恒定，測(cè)量由于氣體流動(dòng)引起的溫度變化（ΔT）。

• 結(jié)構(gòu)：在氣體流道中放置兩個(gè)探頭或一個(gè)復(fù)合探頭，一個(gè)被加熱（熱端RTD），另一個(gè)感應(yīng)流體初始溫度（冷端RTD）。

• 工作過(guò)程：

  1. 無(wú)流量時(shí)，兩個(gè)探頭之間有穩(wěn)定的溫差ΔT?。

  2. 氣體開始流動(dòng)，帶走加熱元件的熱量，導(dǎo)致熱端溫度降低，冷端因被上游氣流加熱溫度略有升高，因此兩者溫差ΔT減小。

  3. 流量越大，溫差ΔT越小。通過(guò)測(cè)量ΔT的變化，即可計(jì)算出質(zhì)量流量。

• 特點(diǎn)：

  • 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

  • 在小流量區(qū)靈敏度極高。

  • 在超大流量時(shí)，ΔT會(huì)變得非常小，導(dǎo)致測(cè)量上限受限。

方案B：恒溫差法

• 原理：保持加熱元件與流體之間的溫差恒定，測(cè)量為維持該溫差所需的加熱功率。

• 結(jié)構(gòu)：通常也有兩個(gè)RTD，一個(gè)作為測(cè)溫體感應(yīng)氣體溫度，另一個(gè)既作為加熱體又作為測(cè)溫體。

• 工作過(guò)程：

  1. 電路控制始終讓加熱體溫度比氣體溫度高一個(gè)固定的值（例如50°C）。

  2. 無(wú)流量時(shí)，維持該溫差只需要很小的加熱功率P?。

  3. 氣體開始流動(dòng)，流動(dòng)的氣體會(huì)不斷“吹走”加熱體的熱量，試圖降低其溫度。

  4. 為了維持恒定的溫差，控制系統(tǒng)必須立即增加加熱功率來(lái)“對(duì)抗”氣體的冷卻效應(yīng)。

  5. 流量越大，需要補(bǔ)充的加熱功率P就越大。通過(guò)測(cè)量加熱功率P的變化，即可直接、線性地計(jì)算出質(zhì)量流量。

• 特點(diǎn)：

  • 響應(yīng)速度極快。

  • 量程比極寬（可達(dá)1000:1），既能測(cè)極低流速（如0.1 m/s），也能測(cè)高流速。

  • 技術(shù)更先進(jìn)，是目前工業(yè)應(yīng)用的主流。

  • 功耗會(huì)隨流量增大而增加。

三、你必須知道的核心技術(shù)要點(diǎn)

1. 直接測(cè)量質(zhì)量流量，而非體積流量

   • 加熱元件散失的熱量與氣體的質(zhì)量（分子數(shù)量）和其熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。公式中關(guān)聯(lián)的是質(zhì)量流量 qmqm? ，而不是體積流量 qvqv?。因此它不受環(huán)境溫度、壓力變化的影響，輸出就是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的質(zhì)量流量（如kg/h， Nm³/h），省去了昂貴的溫壓補(bǔ)償系統(tǒng)。

2. 對(duì)氣體組分的敏感性

   • 這是該技術(shù)的“雙刃劍”。儀表的標(biāo)定曲線是針對(duì)特定氣體組分的。因?yàn)椴煌瑲怏w的比熱容（Cp） 不同。例如，用標(biāo)定過(guò)空氣的流量計(jì)測(cè)量氫氣，由于氫氣的比熱容是空氣的14倍多，會(huì)帶走多得多的熱量，導(dǎo)致讀數(shù)嚴(yán)重偏高。

   • 應(yīng)用關(guān)鍵：必須已知并固定氣體成分，或者在儀表中內(nèi)置多組分切換/補(bǔ)償算法。

3. “速度式”與“浸入式”安裝

   • 速度式：安裝在管道中，測(cè)量管道中某一點(diǎn)或某一區(qū)域的流速，再乘以截面積得到總流量。適用于中大口徑管道。

   • 質(zhì)量式：通常作為旁路或毛細(xì)管式。大部分氣體流經(jīng)主通道，一小部分流經(jīng)一個(gè)精心設(shè)計(jì)的、裝有傳感元的毛細(xì)管。通過(guò)測(cè)量旁路的質(zhì)量流量，按比例推算出總質(zhì)量流量。這種方式精度更高，對(duì)安裝條件不敏感，適用于小流量或需要高精度的場(chǎng)合。

4. 無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失極小

   • 傳感器只是一個(gè)或幾個(gè)探桿，對(duì)流場(chǎng)的阻礙極小，因此產(chǎn)生的永久壓損幾乎可以忽略不計(jì)，節(jié)能效果顯著。

5. 出色的低流量靈敏度

   • 在低流速甚至靜止?fàn)顟B(tài)下，熱擴(kuò)散效應(yīng)最明顯，因此該技術(shù)對(duì)極低流速（如0.1 m/s以下的泄漏流量） 的檢測(cè)能力遠(yuǎn)超渦輪、渦街等傳統(tǒng)流量計(jì)。

四、主要優(yōu)點(diǎn)與局限

優(yōu)點(diǎn)：

• 直接測(cè)量質(zhì)量流量，無(wú)需溫壓補(bǔ)償。

• 量程比極寬，尤其擅長(zhǎng)低流量測(cè)量。

• 無(wú)活動(dòng)部件，可靠性高，維護(hù)量小。

• 壓力損失極小。

• 響應(yīng)速度快。

局限/注意事項(xiàng)：

• 氣體組分必須已知且穩(wěn)定，這是最重要的前提。

• 不適合測(cè)量容易結(jié)垢、沉積或臟污的氣體，灰塵或油污附著在探頭上會(huì)嚴(yán)重破壞傳熱，導(dǎo)致測(cè)量失準(zhǔn)。

• 探頭機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較弱，在高速含顆粒物的氣流中可能因磨損或振動(dòng)損壞。

• 早期產(chǎn)品對(duì)震動(dòng)較敏感，現(xiàn)代設(shè)計(jì)已大幅改善。

五、典型應(yīng)用領(lǐng)域

• 壓縮空氣系統(tǒng)：能源計(jì)量與泄漏檢測(cè)（是其最大應(yīng)用市場(chǎng)）。

• 鍋爐與燃燒器：助燃風(fēng)、燃?xì)饬髁靠刂啤?/span>

• 半導(dǎo)體行業(yè)：高純工藝氣體（如Ar, N?, H?）的精密測(cè)量。

• 環(huán)保與能源：煙氣排放監(jiān)測(cè)（CEMS）、沼氣、氫氣計(jì)量。

• 實(shí)驗(yàn)室與研發(fā)：對(duì)氣體流量進(jìn)行精密控制和測(cè)量。

• ** HVAC**：通風(fēng)管道風(fēng)量測(cè)量。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的核心技術(shù)是利用流動(dòng)氣體與加熱元件之間的熱交換關(guān)系，通過(guò)恒溫差或恒功率的電子控制策略，將氣體的質(zhì)量流量直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。其“直接測(cè)質(zhì)量”、“寬量程”、“低壓損”的優(yōu)勢(shì)，使其在氣體測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)了不可替代的地位，但使用時(shí)務(wù)必牢記其對(duì)“氣體組分”和“介質(zhì)潔凈度”的要求。如想了解更多流量計(jì)相關(guān)信息或者流量計(jì)選型，可咨詢艾絲特流量計(jì)廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號(hào)）獲取幫助。