常见问题解答：热式流量计

问题 1：什么是热式质量流量计？

热式质量流量计利用气体通过加热元件时的冷却效应来测量气体的质量流量。

该技术可直接测量质量流量，无需压力或温度补偿即可确保准确的气体流量读数。

问题 2：热式质量流量计的工作原理是什么？

热式质量流量计的工作原理基于L.V. King定律（1914年），该定律描述了气体流动中的热传递现象。其利用的物理效应是：流动介质（气体分子）吸收对流热能并将其带走。

热式质量流量计的工作原理是测量流动气体冷却加热传感器的程度来工作。通常有两种类型。第一种使用两个温度相关的电阻传感器（RTD）。其中一个传感器测量实际气体温度作为参考，另一个传感器则持续进行电加热，以维持高于气体温度的设定值。当气体流过加热的传感器时，会通过对流吸收热量。气体流速越快，从传感器带走的热量就越多。

第二种方案采用旁路系统，在层流元件和测量管段之间产生压差 (Δp)。该压差使可控且可重复的部分气流进入装有热敏电阻等传感技术的测量管段。连接到测量管的两根电阻测量线（RTD传感器）持续加热。当气体流动时，上游传感器因冷却产生与气流相关的温差，该温差与气体质量流量呈线性正比关系。

基于这两种变体，热式质量流量计采用两种主要测量概念：

A) 恒温差（CTD）

该仪表测量并调节维持加热传感器与工艺气体之间恒定温差 (ΔT) 所需的电功率。该功率与气体的质量流量和主测量信号成正比。质量流量越大，热损失和冷却就越大，因此需要更多功率来维持 ΔT 恒定。

优势：

• 由于采用了主动温度控制，响应速度快。

• 对洁净干燥气体具有高灵敏度。

• 适用于精确、动态的流体应用。

缺点：

• 由于快速供电，传感器对污染、潮湿和积垢非常敏感。进行校正以保持固定的 ΔT。冷凝会导致读数不稳定，直到平均滤波器使信号平滑为止。

• 由于探头结垢，在脏污/潮湿气体中精度较低。

B) 恒功率(CP)

提供给传感器的加热功率保持恒定，仪器测量两个传感器之间产生的温差（ΔT），该温差与质量流量成反比。质量流量越大，带走的热量就越多，ΔT 也越大。

优势：

• 即使传感器发生污垢堆积/冲洗现象，也能保持精度。

• 由于它测量的是温度变化，因此可以自然地抑制冷凝效应，而温度变化的响应速度比 CTD 模式下的功率调整要慢。

• 更好的长期稳定性（Kobold MAK/MAS 型号）。

缺点：

• 响应速度比 CTD 慢。

• 不太适用于流速变化剧烈的情况。

概括：

在CTD中，加热式RTD的电阻值被主动控制以维持恒定的温差ΔT；功率即为测量信号。Kobold KEC、KEP和KET型号均采用此原理。

在CP模式下，加热型热电阻（RTD）接收恒定功率，同时测量加热型热电阻与参考传感器之间的温差。ΔT 即为测量信号。Kobold MAK 和 MAS 型号均采用此原理。

由于热传递取决于质量流量（即物质中分子的数量），热扩散技术使流量计能够实时、连续地直接测量质量流量。这是通过利用流动气体本身作为加热传感器的冷却介质来实现的。