熱式質(zhì)量流量計(jì)在大口徑通風(fēng)管道流量測(cè)量中的應(yīng)用

當(dāng)前大口徑通風(fēng)管道的流量測(cè)量主要是從能效、儀表安裝及維護(hù)等方面進(jìn)行充分考慮，保證測(cè)量能夠滿足廠房運(yùn)行要求。按結(jié)構(gòu)，應(yīng)用最為廣泛的是插入式流量儀表和非接觸流量儀表，該類儀表可以最大程度減小管道壓力損失、節(jié)省資源，方便后期設(shè)備維護(hù)。筆者主要探討熱式質(zhì)量流量計(jì)在大口徑通風(fēng)管道流量測(cè)量中的應(yīng)用，內(nèi)容主要在儀表結(jié)構(gòu)與原理分析、儀表技術(shù)發(fā)展及通風(fēng)流量應(yīng)用分析等方面。

1、熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理分析

熱式質(zhì)量流量計(jì)（Thermal Mass Flow，TMF）是一種基于熱傳遞原理實(shí)現(xiàn)管道流量測(cè)量的儀表，其理論基礎(chǔ)源于金氏定律，目前應(yīng)用最廣泛的是恒功率法和恒溫差法兩類儀表。金氏定律的工作原理是將兩個(gè)溫度傳感器置于管道流體中，其中一個(gè)傳感器用于檢測(cè)流體溫度T1，另一個(gè)傳感器經(jīng)一定功率的電加熱，使其溫度T2高于T1，隨著管道流體流動(dòng)不斷帶走熱量，溫度T2降低，即可根據(jù)溫差求出管道的流量。

2、技術(shù)發(fā)展及通風(fēng)流量應(yīng)用分析

20世紀(jì)初，美國人托馬斯設(shè)計(jì)了一種用于氣體介質(zhì)的插入式流量測(cè)量儀表，非常適用于大流量的測(cè)量，這種流量計(jì)直接將加熱線圈和測(cè)溫電阻接觸被測(cè)氣體，因而不可避免地帶來腐蝕、磨損及防爆等一系列問題。到了20世紀(jì)50年代，開發(fā)出克服了托馬斯流量計(jì)缺陷的邊界層流量計(jì)，但流量測(cè)量結(jié)果容易受流體物性參數(shù)（如熱導(dǎo)率等）的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)所用的大口徑氣體流量的檢測(cè)需求越來越迫切。1992年，庫爾茲改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種新結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量計(jì)，一經(jīng)問世便得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的大口徑氣體管路流量測(cè)量，尤其是在通風(fēng)管道領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。

我國對(duì)熱式質(zhì)量流量計(jì)的研究主要在2000年以后，礦冶研究院、中國科學(xué)院及華中科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)與高校都在進(jìn)行熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的研究，并取得了一定的成果，經(jīng)過近20年的研究和發(fā)展，國內(nèi)的熱式質(zhì)量儀表的技術(shù)研究也有了快速的發(fā)展。國內(nèi)熱式質(zhì)量流量計(jì)的市場(chǎng)應(yīng)用中，國外產(chǎn)品占有率仍然較高，目前國內(nèi)只有為數(shù)不多的一些廠商在進(jìn)行生產(chǎn)，國內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率較低。

熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用的最大特點(diǎn)是精度高、量程比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓損小、便于安裝維護(hù)、故障率低、準(zhǔn)確性和重復(fù)性好，不受溫度和壓力影響，但儀表檢測(cè)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢。在大口徑通風(fēng)管道中應(yīng)用時(shí)，所測(cè)結(jié)果會(huì)受流場(chǎng)不規(guī)則流速分布的影響，需要對(duì)儀表檢測(cè)方案進(jìn)行調(diào)整，如采用多點(diǎn)熱式儀表、增加檢測(cè)儀表數(shù)量等，以提高這類儀表在大口徑通風(fēng)管道不規(guī)則流場(chǎng)應(yīng)用的檢測(cè)精度。當(dāng)前國內(nèi)外在熱式質(zhì)量流量計(jì)領(lǐng)域的研究方向主要集中在以下方面：

a.改進(jìn)熱式質(zhì)量流量計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)，達(dá)到提升測(cè)量精度并增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)度的目的；

b.研究信號(hào)的處理方法，如采取補(bǔ)償算法或者使用不同器件處理輸出信號(hào)；

c.改進(jìn)開發(fā)多點(diǎn)熱式質(zhì)量流量計(jì)，以更加適應(yīng)大口徑管道氣體流量的測(cè)量。