伴隨著熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,其測(cè)量方式和種類都得到顯著的發(fā)展。
流量計(jì)是工業(yè)測(cè)量中重要的儀表之一。隨著工業(yè)生 產(chǎn)的發(fā)展,對(duì)流量測(cè)量的準(zhǔn)確度要求越來越高,范圍越來 越寬,流量測(cè)量技術(shù)也是不斷更新。為了適應(yīng)不同用途, 各種類型的流量計(jì)相繼問世。目前已投入使用的流量計(jì) 已超過100種。品種如此之多的原因就在于至今還沒找 到一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使 用條件都適用的流量?jī)x表。每種產(chǎn)品都有它特定的適用 性,也都有它的局限性。
從流量計(jì)的測(cè)量原理上看,可以分為測(cè)容積式和測(cè) 質(zhì)量式。由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響,當(dāng) 被測(cè)流體的溫度、壓力變化時(shí),應(yīng)把所測(cè)量的容積流量換 算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下或某一約定狀態(tài)下的相應(yīng)值,即進(jìn)行溫 度、壓力補(bǔ)償。這就是在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的溫度壓 力補(bǔ)償式流量計(jì)。但事實(shí)上當(dāng)溫度、壓力頻繁變動(dòng)時(shí),進(jìn) 行及時(shí)的換算是很困難的甚至是不可能的。因此,質(zhì)量 流量計(jì)就得到廣泛的應(yīng)用和重視。
質(zhì)量流量計(jì)按照測(cè)量原理可分為直接式和間接式 (推導(dǎo)式)兩種。間接式質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)公式M = Vp 測(cè)量質(zhì)量流量的儀表,必須先測(cè)容積流量再乘被測(cè)流體 的密度,通過密度計(jì)和乘法器實(shí)現(xiàn)。所以,間接式質(zhì)量流 量計(jì)同樣存在容積式流量計(jì)的問題。直接式質(zhì)量流量計(jì) 是輸出信號(hào)直接與通過測(cè)量管路的質(zhì)量流量成比例的流 量?jī)x表。目前常用的有熱式、角動(dòng)量式、振動(dòng)陀螺式、馬 格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流計(jì)。近幾年發(fā)展 較快的有科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)。
其中,熱式質(zhì)量流量計(jì)(Thermal mass flow meter)又 是當(dāng)今研宄的熱點(diǎn)方向,其中包括熱線風(fēng)速儀、熱分布式 熱式質(zhì)量流量計(jì)、插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)等。熱分布式 熱式質(zhì)量流量計(jì)主要用來測(cè)量低流速微小流量,但插入 式熱式質(zhì)量流量計(jì)可測(cè)量中偏高流速,更適用于大中管 徑的氣體流量,當(dāng)前主要用于測(cè)量氣體和一部分液體。 20世紀(jì)90年代初期,世界范圍熱式質(zhì)量流量計(jì)銷售金 額約占流量?jī)x表的8%,約4. 5萬臺(tái)。國內(nèi)90年代中期 銷售量估計(jì)每年1000臺(tái)左右,如今更是翻倍的增長(zhǎng)。在 過去,流程工業(yè)用儀表主要是熱分布式,之后才逐漸開發(fā) 熱散(或冷卻)效應(yīng)式。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于2001年頒布了熱式質(zhì)量 流量計(jì)的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14511,雖然熱式質(zhì)量流量計(jì)能應(yīng) 用于液體,但標(biāo)準(zhǔn)不適用于液體,也不適用于同樣可以測(cè) 量點(diǎn)流速的熱絲式或熱膜式風(fēng)速儀。標(biāo)準(zhǔn)歸納了儀表種 類,規(guī)定儀表的性能范圍,闡明適用范圍、選用原則、各項(xiàng) 應(yīng)用影響量以及應(yīng)用限制,提出使用注意事項(xiàng)和對(duì)校準(zhǔn)、 安裝的要求等,是制造和應(yīng)用熱式質(zhì)量流量計(jì)的重要技 術(shù)文件。
我國于2006年參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14511,發(fā)布了國 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20727 - 2006,但是其與國標(biāo)等同,比較老 舊,沒有創(chuàng)新。在檢定規(guī)程方面,仍然沿用最初的國家計(jì) 量檢定規(guī)程JJG897 - 95《質(zhì)量流量計(jì)》,但其只適用于熱 分布式熱式質(zhì)量流量計(jì),且比較簡(jiǎn)單,缺乏操作方面指導(dǎo) 性條文,參考價(jià)值不大。
熱式質(zhì)量流量計(jì)目前絕大部分用于測(cè)量氣體,只有 少量用于測(cè)量微小液體流量。熱式質(zhì)量流量計(jì)使用口徑 和流量均較小,較多應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)外延擴(kuò)散、石油化 工微型反應(yīng)裝置、鍍膜工藝、光導(dǎo)纖維制造、熱處理淬火 爐等各種場(chǎng)所的氫、氧、氨、燃?xì)獾葰怏w流量控制,以及固體致冷中固體氬蒸發(fā)等累積量和閥門制造中泄漏量的測(cè) 量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀等分析儀器上,用于 監(jiān)控取樣氣體量。分流型熱分布式儀表應(yīng)用于(30 - 50) mm以上管徑時(shí),通常在主流管道上安裝孔板等節(jié)流 裝置或均速管,分流部分氣體到流量傳感器進(jìn)行測(cè)量。 冷卻效應(yīng)的插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)國外近10年在環(huán)境 保護(hù)和流程工業(yè)中應(yīng)用發(fā)展迅速,例如;水泥工業(yè)豎式磨 粉機(jī)排放熱氣流量控制,煤粉燃燒過程粉丨氣配比控制, 污水處理發(fā)生的氣體流量測(cè)量,燃料電池工廠各種氣體流量測(cè)量等等。大管道應(yīng)用還有徑向分段排列多組檢測(cè) 元件組成的插入檢測(cè)桿,應(yīng)用于鍋爐進(jìn)風(fēng)量控制以及煙 囪煙道排氣監(jiān)測(cè)SO:和NOx排放總量。
綜上所述,在未來的研究領(lǐng)域,無論是檢定規(guī)程或者 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步規(guī)范,以及儀表自身功能的完善,都是 存有很大的突破空間。