恒电压式热式质量流量计的研究

　　热式质量流量计利用热扩散原理，通过流体流量与热源热量的热交换关系来测量流量。它具有压力损失小 、无可动部件、结构简单、维护方便、测量范围大等优点，特别适合测量微小流量的气体。

　　1 热扩散式流量计结构原理

　　其结构原理如图 1 所示。它是利用两个分别置于气流中带有不锈钢套管保护的铂电阻温度检测探头S1和 S2，其中探头 S1 加入较小的电流(电流在 4mA 以下，不会引起电阻发热)，用于测量被测气体气流温度;另一探头 S2 通入较大电流(一般在 50mA 以上)，检测被气流带走热量后的温度。

　　根据热扩散原理，加热物体被流体带走的热量于加热物体与流体的温差、流体的流速以及流体的性质有关。

　　探头外形是圆柱形，根据传热学公式：

　　式中： 为平均换热系数, 为系数，由 Re 决定, 为换热系数, 为流体速度, 为动力粘度,为定压比热, 为传感头直径, 为导热系数,为雷诺数, 为普朗特数。

　　圆柱形传感头的发热量：

　　式中： 为传感头与被测流体的温差, 为圆柱形传感头的长度, 为传感头的表面积。

　　由(1)式、(2)式可得：

　　在一定的工作条件下，可视为常数，在横截面为 S 的管路中，质量流量 = ，质量流量成一定的函数关系。

　　在实际测量过程中，测速电阻被输入的电流加热在热平衡状态下，电流的加热功率与加热电阻被流体带走的热量处于平衡状态，即 =2，因此可以表示为：

　　2热式质量流量计的测试方法

　　热式流量计质量流量的计算公式还可以表示为:

　　由此可以看出质量流量的测量方法：

　　一种方法是当加热功率不变时，即加热电流 不变化，通过测量流体的温差 (这里忽略了测速电阻随温度的变化)，计算流体的质量流量;一种是保持测速电阻和测温电阻的温差 不变，实际是通过一个桥式电路保持测速电阻和测温电阻的温差 与测速电阻的阻值 的比值不变，通过测量加热电流来计算流体的质量流量。

　　还有一种方法就是控制测速电阻的电压不变，当流体温度0基本不变时，流体的质量流量只是加热温度的单值函数，只要测出加热电阻的阻值即可。

　　3流量计的标定

　　对于测温电阻，不同的测试位置以及竹路面积所对应的温差都有所不同，只有在同样的竹道面积、相同的测试位置进行标定，标定过后的热式流量计才能用于流量测量。流量计的标定原理如图2所示。采用经过计量的涡轮流量计进行标定。