熱式質(zhì)量流量計(jì)的分類說(shuō)明

恒功率法
（溫度測(cè)量法）是以恒定功率為鉑熱電阻提供熱量，使其加熱到高于氣體的溫度，流體流動(dòng)帶走鉑熱電阻表面一部分熱量，流量越大，溫度降越大，測(cè)量隨流體流量變化的溫度，可以反映氣體流量。

有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式： （1）只對(duì)一只鉑電阻加熱，由熱擴(kuò)散原理測(cè)量溫差。 原理：與恒溫差式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)類似，在測(cè)量管路中同樣加入兩個(gè)金屬鉑電阻，一個(gè)為用于測(cè)量被測(cè)流體溫度的測(cè)溫電阻，另一個(gè)為用于測(cè)量被測(cè)流體速度的測(cè)速電阻。在加熱器上加上一個(gè)恒定的功率對(duì)測(cè)速鉑電阻加熱，流體在靜止時(shí)測(cè)速鉑電阻和測(cè)溫鉑電阻表面溫度差ΔT21=TS2-TS1**，隨著介質(zhì)的流動(dòng)，兩個(gè)鉑電阻表面溫度差減小。流體的流量越大，兩只鉑電阻的溫差越小。鉑電阻連接在惠斯通電橋中，鉑電阻的溫度不同使鉑電阻的電阻呈現(xiàn)不同阻值，從而使電橋不平衡，通過(guò)檢測(cè)電橋的電壓差來(lái)反應(yīng)流體流量。 該恒功率式質(zhì)量流量計(jì)存在的問(wèn)題：若流體的密度為ρ，流速為μ，加熱鉑電阻被流體帶走的熱量為Q，測(cè)溫鉑電阻和測(cè)速鉑電阻的溫度差為 △T21，則有關(guān)系式：

Q/ΔT21=k1+k2•（ρ•μ）k3

式中對(duì)于組分一定的流體，k1、k2、k3為常數(shù)。

在橫截當(dāng)S的管路中，質(zhì)量流量qm=ρ•μ•S。測(cè)量過(guò)程中，測(cè)速鉑電阻被電流I加熱，在熱平衡狀態(tài)下，電流的加熱功率與測(cè)速鉑電阻被帶走的熱量處于平衡狀態(tài)，即Q=I2•RS2。因此質(zhì)量流量qm與Q/ΔT21成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可表示為：

qm=f〔I2•RS2/ΔT21〕

當(dāng)加熱電流I不變，通過(guò)測(cè)出流體的溫差ΔT21計(jì)算流體的質(zhì)量流量時(shí)，忽略了測(cè)速鉑電阻RS2隨溫度的變化，會(huì)造成誤差。

（2）對(duì)兩只對(duì)稱的鉑電阻進(jìn)行加熱，由熱平衡原理計(jì)算溫度差。

傳感器 的結(jié)構(gòu)是把兩個(gè)*相同的鉑電阻對(duì)稱的固定在熱源的兩側(cè)，放置在流體中。采用一個(gè)恒流源（恒壓源）對(duì)熱源加熱，流體流動(dòng)使兩個(gè)鉑電阻的溫度不同。鉑電阻連接在惠斯通電橋中，鉑電阻的溫度不同使鉑電阻的電阻呈現(xiàn)不同阻值，從而使電橋不平衡，通過(guò)檢測(cè)電橋的電壓來(lái)反應(yīng)流體流量。 現(xiàn)從傳熱學(xué)角度對(duì)該傳感器原理作進(jìn)一步的分析。假定流體為均勻分布的牛頓型流體，以一維測(cè)量為例：如圖1所示，熱源R置于傳感器基片的中心，在其兩邊對(duì)稱地放置兩個(gè)*相同的溫度檢測(cè)芯片（薄膜式鉑電阻）S1和S2傳感器與流體之間的熱交換主要通過(guò)對(duì)流進(jìn)行，熱源與溫度檢測(cè)芯片之間的熱交換可通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流進(jìn)行。

當(dāng)流體流速為零，即當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，表面附近的流線場(chǎng)及主要由此產(chǎn)生的溫度場(chǎng)相對(duì)于熱源呈對(duì)稱分布。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，通過(guò)基片熱傳導(dǎo)進(jìn)行的熱交換相對(duì)于熱源始終是對(duì)稱的。此時(shí)感溫芯片的鉑電阻溫度滿足TS1=TS2，即溫差：ΔT21=TS2-TS1=0。

當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體和鉑電阻之間主要為對(duì)流換熱，由于局部對(duì)流換熱系數(shù)的不同，基片表面附近的流線場(chǎng)及相應(yīng)的溫度場(chǎng)相對(duì)于中心熱源的分布發(fā)生變化，導(dǎo)致傾向性的不對(duì)稱分布。根據(jù)熱邊界層理論，可知，此時(shí)上游溫度檢測(cè)芯片表面冷卻速率高于下游芯片表面，即鉑電阻S1的換熱系數(shù)大于S2是換熱系數(shù)，所以TS2＞TS1，溫差溫度差：ΔT21=TS2-TS1＞0。

且ΔT21的值隨流體流速的增大而增大。如果改變流體流向，ΔT21亦相應(yīng)改變符號(hào)。

利用熱平衡方程可以計(jì)算出因?qū)α饕鸬男酒砻娴臏囟仍俜植?，獲得溫度差與流速的關(guān)系式。