热式质量流量计在大口径通风管道流量测量中的应用

当前大口径通风管道的流量测量主要是从能效、仪表安装及维护等方面进行充分考虑，保证测量能够满足厂房运行要求。按结构，应用最为广泛的是插入式流量仪表和非接触流量仪表，该类仪表可以最大程度减小管道压力损失、节省资源，方便后期设备维护。笔者主要探讨热式质量流量计在大口径通风管道流量测量中的应用，内容主要在仪表结构与原理分析、仪表技术发展及通风流量应用分析等方面。

1、热式质量流量计结构与原理分析

热式质量流量计（Thermal Mass Flow，TMF）是一种基于热传递原理实现管道流量测量的仪表，其理论基础源于金氏定律，目前应用最广泛的是恒功率法和恒温差法两类仪表。金氏定律的工作原理是将两个温度传感器置于管道流体中，其中一个传感器用于检测流体温度T1，另一个传感器经一定功率的电加热，使其温度T2高于T1，随着管道流体流动不断带走热量，温度T2降低，即可根据温差求出管道的流量。

2、技术发展及通风流量应用分析

20世纪初，美国人托马斯设计了一种用于气体介质的插入式流量测量仪表，非常适用于大流量的测量，这种流量计直接将加热线圈和测温电阻接触被测气体，因而不可避免地带来腐蚀、磨损及防爆等一系列问题。到了20世纪50年代，开发出克服了托马斯流量计缺陷的边界层流量计，但流量测量结果容易受流体物性参数（如热导率等）的影响。随着科学技术的进步和发展，对工业生产所用的大口径气体流量的检测需求越来越迫切。1992年，库尔兹改进设计了一种新结构的热式质量流量计，一经问世便得到了迅速的发展，现在已经广泛应用于各领域的大口径气体管路流量测量，尤其是在通风管道领域应用更为广泛。

我国对热式质量流量计的研究主要在2000年以后，矿冶研究院、中国科学院及华中科技大学等科研机构与高校都在进行热式气体质量流量计的研究，并取得了一定的成果，经过近20年的研究和发展，国内的热式质量仪表的技术研究也有了快速的发展。国内热式质量流量计的市场应用中，国外产品占有率仍然较高，目前国内只有为数不多的一些厂商在进行生产，国内产品市场占有率较低。

热式质量流量计应用的最大特点是精度高、量程比大、结构简单、压损小、便于安装维护、故障率低、准确性和重复性好，不受温度和压力影响，但仪表检测的响应速度相对较慢。在大口径通风管道中应用时，所测结果会受流场不规则流速分布的影响，需要对仪表检测方案进行调整，如采用多点热式仪表、增加检测仪表数量等，以提高这类仪表在大口径通风管道不规则流场应用的检测精度。当前国内外在热式质量流量计领域的研究方向主要集中在以下方面：

a.改进热式质量流量计的传感器结构，达到提升测量精度并增强环境适应度的目的；

b.研究信号的处理方法，如采取补偿算法或者使用不同器件处理输出信号；

c.改进开发多点热式质量流量计，以更加适应大口径管道气体流量的测量。