熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)原理及應(yīng)用

薛建偉

摘 要：介紹了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的工作原理與特點(diǎn)，安裝的注意事項(xiàng)，同時(shí)分析了流量計(jì)在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障及處理方法。

關(guān)鍵詞：熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)；工作原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)；常見(jiàn)故障；處理方法；日常維護(hù)

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是利用傳熱原理檢測(cè)流量的儀表。20世紀(jì)60年代，美國(guó)首先為宇航業(yè)所需氣體質(zhì)量控制開(kāi)發(fā)出熱質(zhì)流量計(jì)，其后應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)的制造設(shè)備上，得到很大發(fā)展，后又?jǐn)U展到其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。近年還在工業(yè)應(yīng)用上從測(cè)量氣體擴(kuò)大到測(cè)量液體。

一、熱質(zhì)氣體質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是利用熱擴(kuò)散原理測(cè)量氣體流量的儀表。傳感器由兩個(gè)基準(zhǔn)級(jí)熱電阻（RTD）組成。一個(gè)是速度傳感器RH，一個(gè)是測(cè)量氣體溫度變化的溫度傳感器RMG。當(dāng)這兩個(gè)RTD置于被測(cè)氣體中時(shí)，其中傳感器RH被加熱，另一個(gè)傳感器RMG用于感應(yīng)被測(cè)氣體溫度。隨著氣體流速的增加，氣流帶走更多熱量，傳感器RH的溫度下降。

根據(jù)熱效應(yīng)的金氏定律，加熱功率P、溫度差△T（TRH-TRMG）與質(zhì)量流量Q有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式。 P/△T=K1+K2 f（Q）K3 K1、K2、K3是與氣體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)獨(dú)特的溫度差測(cè)量方式克服了采用恒溫差原理的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量氣體流量時(shí)因氣體中含水、油和雜質(zhì)而造成的很大的零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量的弊端。

二、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）優(yōu)點(diǎn)：1、精度高，不需溫壓補(bǔ)償。由測(cè)量原理可知，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)得的是流體（氣體）質(zhì)量流量，不需溫壓補(bǔ)償，精度可達(dá)±1%FS，可以貿(mào)易結(jié)算；2、安裝、維護(hù)成本低。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不需維護(hù)，如果需要維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)在線不停產(chǎn)插拔維護(hù)；3、特別適合大管徑、低流速場(chǎng)合。插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用在大口徑管道性價(jià)比高；4、量程比大。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)量程比可達(dá)100：1，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)流量測(cè)量下限極低，幾乎從零開(kāi)始測(cè)量，這是其它類型氣體流量計(jì)所無(wú)法比擬的；5、壓損小。熱式氣體流量計(jì)幾乎無(wú)壓力損失。

（二）缺點(diǎn)：1、在應(yīng)用中，氣體夾雜液體會(huì)使儀表讀數(shù)偏大，當(dāng)探頭上液體被吹干后，讀數(shù)恢復(fù)正常；2、如果氣體中含有粉塵和水汽，氣體溫度下降后，粉塵和水將會(huì)凝混在一起，污染探頭，影響熱量的傳遞，使測(cè)量結(jié)果偏低。3、在一些兩相流，多相流中，混合氣比重的變化，對(duì)測(cè)量值也會(huì)有影響。所以，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)不適用介質(zhì)中含大量的水份，介質(zhì)組分不穩(wěn)定，含雜質(zhì)粉塵較多的場(chǎng)合。

三、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的安裝

（一）檢查傳感器和變送器序列號(hào)是否一致。（分體式儀表）

（二）輸入電源（直流或交流）的范圍及功率。

（三）4～20mA輸出回路是否有供電電源（非兩線制連接）。

（四）注意傳感器的溫度適用范圍，避免傳感器超溫度工作。注意在爐膛較近管道上安裝的表，避免停爐時(shí)回火，使傳感器超溫?fù)p壞。

（五）如采用金屬卡套式的過(guò)程連接，在設(shè)備調(diào)試前請(qǐng)勿將卡套鎖 緊。否則將影響調(diào)試后對(duì)傳感器插入深度的調(diào)整。

（六）在線式儀表安裝時(shí)，一定要保證儀表的整體結(jié)構(gòu)完整，任何連接部位都不允許拆卸。

（七）安裝傳感器時(shí)注意使標(biāo)有流向箭頭的小平面與過(guò)程介質(zhì)流動(dòng)的方向平行，并使流向箭頭指向過(guò)程介質(zhì)流動(dòng)方向。

（八）對(duì)水平管道側(cè)面安裝的傳感器，應(yīng)保證加熱端處于參考端的上面。

（九）對(duì)于介質(zhì)中可能含有水份的應(yīng)用（如煤氣），建議傳感器采用斜向上45°的安裝方式。

（十）注意電氣接口的密封，防止有水和濕氣從電氣接口進(jìn)入封裝內(nèi)，導(dǎo)致線路部分腐蝕損壞。

四、常見(jiàn)故障及處理方法

（一）故障：流量波動(dòng)大；處理方法：檢查流量計(jì)參數(shù)設(shè)置是否正確，檢查傳感器探頭是否被污染，如果傳感器可以帶壓插拔，可拔出傳感器探頭清洗。

（二）故障：流量計(jì)顯示滿量程；處理方法：首先應(yīng)了解工藝流程是否變化，介質(zhì)流量增加超出儀表測(cè)量范圍；檢查傳感器接線是否有誤，可能有一條或數(shù)條傳感或激勵(lì)導(dǎo)線松脫或短路，被加熱的RTD工參照的RTD斷路或短路；是否因工藝變化造成介質(zhì)帶液，必要時(shí)可拆下傳感器探頭，確認(rèn)探頭未被污染和帶液。

（三）故障：流量計(jì)測(cè)量值偏低；處理方法：檢查流量計(jì)傳感器RTD電阻及加熱器電阻是否正常；介質(zhì)內(nèi)是否的雜質(zhì)固化在傳感器探頭上，拆下傳感器探頭清洗。

五、日常維護(hù)注意事項(xiàng)

（一）定期檢查電纜接線，確認(rèn)連接的牢固性。

（二）確認(rèn)就地和遠(yuǎn)傳封裝的電子部分密封物完好無(wú)損，并確認(rèn)有無(wú)濕氣進(jìn)入封裝。

（三）定期檢查電氣接線是否受到腐蝕，電纜的絕緣性是否受到老化的影響。

（四）傳感器不能受過(guò)度污染，任何吸附物都能造成測(cè)量不準(zhǔn)確。因此必要時(shí)進(jìn)行定期清洗。

六、結(jié)束語(yǔ)

熱式流量計(jì)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、成本較低等特點(diǎn)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，熱式流量計(jì)在流量計(jì)中的使用比例會(huì)進(jìn)一步提高。在小流量控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，熱式質(zhì)量流量計(jì)的使用和發(fā)展是其重要的一部分。掌握好熱式質(zhì)量流量計(jì)的故障處理方法，逐步琢磨流量計(jì)的日常維護(hù)及注意事項(xiàng)，才能提高小流量控制技術(shù)水平，確保石油化工裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。