新型热式气体质量流量计的研制

　　1引言

　　在现代工业生产和科学实验中，流体的流量是经常测量和控制的参数之一。通常，流量的测量有体积与质量计量两种方式。而体积流量计往往受温度、压力等工况的变化而影响计量精确度，所以，在要求精确计量的场合必须采用质量流量计量。质量流量不受粘度、密度、电导率、压力和温度的影响，是关于被测物质传递的更精确、更有用的一个物理量。　　热式质量流量计(TllermaiMassF10w一meter)是利用传热原理，即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。热式质量流量计　　无须温度和压力补偿，适合各种管道，测量流速范围宽，压损小，良好的抗干扰性能和可靠性，结构简单，安装方便，无活动部件等优点，具有广泛的应用前景。

　　本论文正是根据对国内外气体用TMF现状的分析和了解，并结合现有设备和目前工业实际的需要，研制出的一种传感器制作简单，产品性能优越的气体质量流量计。

　　2流量计传感器

　　热式气体质量流量计由流量传感器和流量变送器两部分组成。流量传感器用来采集被测量气体的物理值并转化成为电子信号，流量变送器将转化的电子信号转化为对应的气体流量值。

　　传感器采用一体化结构设计，应用先进的半导体集成技术，由电加热的自动恒温热探头T工和测流体环境温度的温度探头TZ组成。

　　自动恒温热探头Tl是一个恒温控制器，以稳压电源供电，温度稳定在102℃不变。当有流体流过带走其部分能量时，会增大流经TI的电流，通过测量其两端电压的变化，根据数学模型公式，便可得知此时流体的质量流速。

　　温度探头TZ采用电流型器件AD590输出电流。流过AD590的电流与热力学温度成正比，输出的电流以绝对温度零度(一273.15℃)为基准，每增加1℃，会增加l“A输出电流。如:在室温25℃时，其输出电流I。=(273+25)uA=298uA。

　　3恒温原理

　　将电加热的元件置于流动中的气体时，由于电加热元件与气体间存在着温差，必然会产生热交换。当电加热元件的热量传递给温度较低的气体时，电加热元件自身的温度会下降。为了恒定电加热元件的温度，就必须增加其电加热功率。当流体流速增大时，其从电加热元件带走的热量会增加，维持电加热元件恒温的电加热功率必然也会增大。显然，该电功率增加的大小决定于四个因素:(1)介质的质量流速;(2)介质自身的温度，(3)介质的热物理性质;(4)电加热元件的热物理性质和几何尺寸。

　　通常来说，这四个因素中的后三项是可以预先求出或提前给定的，那么，可以根据传热学理论在电加热元件的电功率损失与介质质量流速之间建立一个定量的函数关系式，这样就能通过测定电加热元件的电功率损耗来求出介质质量流量在实际工业生产中，除了因流量调节及其他原因造成的瞬间流量急剧变化外，气体流动状态总是处于稳态中，可以看作是　　单相稳态。热式气体质量流量计的数学模型的推导均在单相稳定流态下进行的。