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      熱式質量流量計的發展、應用行業和優缺點

       發布時間:2018-02-02
      熱式質量流量計發展
      20世紀60年代,美國首先為宇航業所需氣體質量控制開發出熱式質量流量計正式產品,其后應用于半導體工業的制造設備上,得到很大發展,后又擴展到其他工業應用領域,近年來再工業應用上從測量氣體擴大到測量液體?! ∮捎跉怏w熱式質量流量計日趨成熟且應用面不斷拓寬,國際標準化組織(1SO)已制定有關“規范、檢驗、安裝、運行和校準”氣體熱式質量流量計的國際標準IS014511:2001?! ∈澜绻I發達國家已有眾多制造企業生產熱式質量流量計和熱式流量開關(thermal flowswitch)投放市場,20世紀90年代初中期,世界范圍熱式質量流量計銷售額占流量儀表的3%~8%,年銷售臺數1.75萬~4.5萬臺。
                       渦輪流量計,氣體渦輪流量計,羅茨流量計
      熱式質量流量計的應用行業
      熱式質量流量計通過測量氣體流經流量計內加熱元件時的冷卻效應來計量氣體流量的。氣體通過的測量段內有兩個熱阻元件,其中一個作為溫度檢測,另一個作為加熱器。溫度傳感元件用于檢測氣體溫度,加熱器則通過改變電流來保持其溫度與被測氣體的溫度之間有一個恒定的溫度差。當氣體流速增加,冷卻效應越大,使須保持熱電阻間恒溫的電流也越大。此熱傳遞正比于氣體質量流量,即供給電流與氣體質量流量有一對應的函數關系來反映氣體的流量。 
      當前熱式質量流量計主要應用于測量氣體,只有很小部分應用于測量微小液體流量。 
      1.熱分布式熱式質量流量計 
      本類儀表適用于測量小流量微小口徑的清潔氣體,應用于精細制造工藝和微小流量采樣控制等。 
      (1)半導體工業應用半導體工業曾是熱式質量流量計主要服務對象,熱式質量流量計是應承半導體業需求的推動而得到蓬勃發展,應用于擴散、氧化、外延、等離子刻蝕、濺射等工藝設備中,測量和控制超凈氣體或腐蝕/有害氣體流量,如氫、氨、氟化氫、三氟化氮、氧化氮、砷化三氫、磷化氫等,1995年世界范圍內半導業仍購置了三千余萬美元的熱式質量流量計,約占熱式流量儀表市場的1/3。 
      (2)分析儀器采樣氣體測量氣體色潛儀和環境保護等分析儀器氣體取樣量或大氣采集量所用的配套用流量儀表,原常用浮子流量計,現在凡要求較高者漸被氣體熱式質量流量計所代替,其應用非常普遍。 
      (3)機械構件密封性測試和尺寸精密測量例如測量閥門等機械構件氣密性指標中的氣體泄漏量,測量小孔尺寸和過濾材料透氣性測試等。 
      (4)化工、石油等流程工業微型試驗裝置中微小氣體流量的測量和控制 
      (5)其他應用:光導纖維制造;電廠氫冷發電機氫氣補給量測量;燃燒噴嘴天然氣流量測量與控制;熱處理爐保護氣或滲碳氣充氣量;醫學保健氧氣或麻醉劑氣流量控制等。 
      2.熱消散效應侵入式(或插入式)熱式質量流量計 
      該類儀表應用于較大管徑,除測量潔凈氣體外還可測量存在一些塵粒的粗放氣體,如煙道氣等。 
      (1)取暖通風空調業 在國外暖通業也是熱式氣體流量計的主要服務對象,包括有無流通的監控(流量開關)和通風量的測量控制(流量計)。
      (2)公用事業給水和污水治理應用于給水工業的原水水處理殺菌凈化過程中氯氣、臭氧和氨氣等流量測量和控制;污水治理;曝氣凈化過程中空氣和處理過程中產生氣體的測量控制。 
      (3)能源工業應用于測量天然氣、鍋爐通風鼓風空氣、儲罐管線排氣等。在煤粉/空氣配比過程中,測量和控制空氣流量。 
      (4)氣體連續排放監控(CEM)環境保護要求控制鍋爐燃燒煙道氣中S02和NO的排放總量,由流量儀表和分析儀器等組成CEM(continous emission monitoring)系統進行測量。
      (5)其他工業應用如水泥業豎式磨粉排放熱氣、燃料電池工廠各種氣體等。 
      3.微小液體流量測量 
      微小液體熱式流量計應用于化學、石油化工、醫藥食品等流程工業實驗性裝置。例如,藥液系統中定流量配比控制、液化氣注入過程中流量測量和控制。測量高壓丙烷、丁烷、液氨、CO2等液態氣體。由于測量原理上液體加熱溫升不高,或是對液體冷卻,因此十分適合測量液化氣體和易汽化液體。 
      熱式流量儀表除了輸出連續量的熱式質量流量計外,還有另一分支一熱式流量開關。流量開關也有稱作流動替續器(flowrelay),它主要在流量超過上限(或下限)時,發出兩位控制信號,有些流量開關的流量上,下限值還可由用戶內行設定,流量開關主要用于空調、通風、水/風冷卻、潤滑油等系統的保護監控。
      熱式質量流量計優缺點
      優點
      (1)能測量極低流速和微小流量;能測低壓氣體流量,甚至是真空狀的分子流。 
      (2)無活動部件,可靠性高。
      (3)無壓力損失或壓力損失很小?;蜔岱植际綗崾劫|量流量計無阻流元件,不存在測量引起的壓力損失;帶分流管熱分布式TMF和侵入式TMF雖有阻流件,壓力損失也不大。 
      (4)測量氣體流量時,常以標準狀態下的體積流量單位表示,介質溫度/壓力變化幾乎不影響所測量值。若標準狀態下密度恒定(即組分不變),則類似于質量流量。 
      (5)儀表系數隨氣體種類或混合氣體組分而變,不能測量質量熱容(比熱容)變化的流體。因氣體種類或組分改變,其定壓比熱容Jp和熱傳導系數隨之而變,影響測量值。更不能用于混相流體或可能產生相變流體。 
      (6)熱分布式TMF用于CO、N2、02等接近理想氣體的雙原子氣體,可直接用空氣校驗。
      缺點
      (1)對于熱分布式熱質量流量計,被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值,必須定期清洗;對細管型儀表更有易堵塞的缺點,一般情況下不能使用
      (2)對脈動流在使用上將受到限制
      (3)液體用熱式質量流量計對于粘性液體在使用上亦受到限制
       

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