熱式氣體流量計(jì)是一種新型智能工業(yè)儀表，廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)場(chǎng)合。氣體流量作為核電站通風(fēng)系統(tǒng)的重要 參數(shù)，海南昌江核電廠CNP650堆型核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)煙囪排氣流量監(jiān)測(cè)采用了美國(guó)FCI公司的MT86型 熱式質(zhì)量流量計(jì)。研究以此為背景，對(duì)熱擴(kuò)散式氣體流量特點(diǎn)、工作原理）測(cè)量方法等進(jìn)行總結(jié)，以期能更 好地使用和維護(hù)設(shè)備。

0.引言

差壓式氣體流量計(jì)根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性原理和伯努利方程推 算出的差壓與流量的關(guān)系"依靠測(cè)量在管道中安裝的節(jié)流裝 置前后差壓再通過(guò)變送器計(jì)算測(cè)得流量。根據(jù)差壓式流量計(jì) 的基本公式"氣體密度直接參與流量的計(jì)算，而氣體溫度和 壓力變化會(huì)使氣體密度也發(fā)生相應(yīng)的改變，因而差壓式氣體 流量計(jì)會(huì)在氣體的溫度和壓力發(fā)生變化的時(shí)帶來(lái)了較大的測(cè) 量誤差。核電廠煙肉排氣流量作為核電廠排放廢氣重要參考 參數(shù)和事故后監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)，其測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確與否直接影 響到電廠的安全運(yùn)行。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體質(zhì)量流量 測(cè)量領(lǐng)域是一種新型流量計(jì)，其測(cè)量原理與差壓式完全不 同，可以有效避免因氣體壓力和溫度變化而引起的測(cè)量誤 差，海南昌江核電1! 2號(hào)機(jī)組相比參考電站，其核輔助廠房 通風(fēng)系統(tǒng)煙囪排氣流量監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)首次采用了熱擴(kuò)賦流量計(jì)。

1.熱擴(kuò)散式氣體流量計(jì)簡(jiǎn)介

熱擴(kuò)散式氣體流量計(jì)是根據(jù)熱傳導(dǎo)原理設(shè)計(jì)的，即流 動(dòng)中的氣體與熱源之間的熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量氣體質(zhì)量流 量的一種自動(dòng)化儀表。以美國(guó)FCI公司生產(chǎn)制造的 MT86型熱擴(kuò)散式氣體流量計(jì)為例，其典型結(jié)構(gòu)由若干個(gè) 傳感點(diǎn)組成，每個(gè)傳感點(diǎn)包括2對(duì)尺寸和形狀完全相同的 熱套管。一對(duì)熱套管中含有一個(gè)加熱元件和一個(gè)鉑熱電阻 溫度探測(cè)器，另一對(duì)熱套管中含有一個(gè)空套管和一個(gè)參照 用鉑熱電阻溫度探測(cè)器。氣體流過(guò)探頭由于換熱造成熱量 的損失與氣體流速成比例關(guān)系，根據(jù)鉑熱電阻的變化（或 加熱元件功率變化）即可推算出流速的大小。

2.熱擴(kuò)散式氣體流量計(jì)的特點(diǎn)

相比較傳統(tǒng)的差壓式氣體流量計(jì)，熱擴(kuò)散式氣體流量 計(jì)有以下特點(diǎn)：

(1)傳感器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐腐蝕性強(qiáng)，無(wú)需大量的維護(hù) 工作）

⑵使用場(chǎng)合廣泛，能適應(yīng)各種不同的管徑，量程范圍 大，量程比高）⑶精確度高且重復(fù)性好，FCI公司的MT86 型精度可達(dá)1JF.S； (4)反應(yīng)速度較快，防過(guò)載能力強(qiáng)。（5) 無(wú)需在管道中安裝大型阻流件，因此壓力損失很小，基本忽 略不計(jì)。（6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，出現(xiàn)故障的概率小，可維護(hù)性比較 好。(7)價(jià)格昂貴，響應(yīng)速度較慢。

3.測(cè)量原理

熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)是基于金氏定律(King’s Law)結(jié)合 現(xiàn)代微電子技術(shù)新開發(fā)出的新型熱式質(zhì)量流量計(jì)。通過(guò)檢 測(cè)因流體流動(dòng)時(shí)加熱元件因熱量損失而引起溫度變化，在變 送器的換算下測(cè)得流量。傳感點(diǎn)中的兩個(gè)鉑熱電阻，一個(gè)作 為活動(dòng)測(cè)量端，用于現(xiàn)(量加熱元件的溫度(下文稱Rs)另一 個(gè)則用于測(cè)量被測(cè)流體溫度(下文簡(jiǎn)稱RT)。

基于金式定律，熱式質(zhì)量測(cè)量原理分為恒功率法和恒 溫差法兩種。恒功率法顧名思義是指供給加熱元件的功率 保持恒定。恒溫差法是指加熱元件表面溫度和被測(cè)流體之差恒定。

3.1恒功率測(cè)量法

恒功率法工作是流量計(jì)上的加熱元件以恒定功率提供能 量，使加熱元件的溫度高于待測(cè)氣體的溫度。流量計(jì)在工作 時(shí)，RT檢測(cè)待測(cè)氣體的溫度，RS則檢測(cè)加熱元件表面的溫 度。當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)，由于散熱帶走加熱元件所產(chǎn)生的熱量， 使加熱元件表面溫度降低，此時(shí)RS的阻值隨之發(fā)生變化。 當(dāng)氣體靜止時(shí)，加熱元件的熱量無(wú)法散發(fā)，兩個(gè)鉑電阻之間 的溫度差最大。隨著氣體流速的增加，冷卻效果的加強(qiáng)，加 熱元件表面溫度降低，兩個(gè)鉑電阻之間的溫差變小。由此可 知兩支鉑熱電阻的溫差與質(zhì)量流量成反比的關(guān)系。則現(xiàn)(量隨 流體流量變動(dòng)而弓I起的溫度變化量，即可推算得出氣體流量。

但該種測(cè)量方法在測(cè)量氣體的質(zhì)量流量時(shí)，加熱元件的 功率恒定決定了加熱元件的發(fā)熱量也是恒定的。而兩個(gè)鉑熱 電阻之間的溫度差不僅取決于氣體的流速，還取決于其測(cè)量 氣體的溫度。但流量計(jì)根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，在特定的環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，如忽略了 H(速鉑電阻隨溫度的變化，就會(huì) 造成較大的誤差，因而使用該種測(cè)量方法，如待測(cè)氣體溫度 變化比較頻繁，則要對(duì)RS隨氣體溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2恒溫差測(cè)量法

恒溫差法同樣引入加熱元件這樣的外部熱源，但是與恒 功率不同：當(dāng)氣體流動(dòng)因強(qiáng)迫對(duì)流換損失熱量，通過(guò)加熱 元件的供給功率的變化，使加熱元件和被測(cè)氣體的溫度差保 持不變，功率隨流量的變化而變化，功率的消耗與氣體流量 大小成對(duì)關(guān)系。氣體靜止時(shí)，由于沒(méi)有強(qiáng)迫對(duì)流換熱，此 時(shí)維持加熱元件和氣體溫度差恒定所需的功率最小，當(dāng)氣體 流動(dòng)時(shí)，RT檢狽(氣體的溫度，由于對(duì)流換熱散熱，加熱元件 表面溫度降低，為維持加熱元件溫度恒定，控制和改變加熱 元件的 給 率， 氣體 差 持不變。 流體的流量越大，冷卻效果就越強(qiáng)，則為保持溫度差不變，則 所輸人功率越大。加熱元件的功率與質(zhì)量流量成正比的關(guān) 系。在生產(chǎn)制造時(shí)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法標(biāo)定出加熱元件功率 和質(zhì)量流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就實(shí)現(xiàn)了氣體質(zhì)量流量的測(cè)量。

恒溫差測(cè)量法相比于恒功率測(cè)量法，RS盡管不受氣 體溫度變化的影響，但隨著流量的增加散熱加快，加熱元 件的熱量被迅速帶走，那么供給加熱元件的功率就必須要 迅速增加才能使加熱元件供熱增加，使溫差不變維持恒定 的溫差。但是功率變化受到了電源、供電電路、加熱元 件最大允許電流等因素的影響，功率的改變就受到了一定程度的限制，由此其可測(cè)量的范圍也受到了限制。

綜上，對(duì)這兩種測(cè)量方法進(jìn)行比較，恒功率法由于其原理不受功率供給的限制，則其量程范圍較廣；而恒溫差法 則由于其溫度場(chǎng)分布沒(méi)有變化，因此不受檢現(xiàn)(元件響應(yīng)時(shí)的影 ， 應(yīng)速 率 快。 種 量 的氣體流量計(jì)均不容易受介質(zhì)成分的影響，不存在傳統(tǒng)差壓式 流量計(jì)的引壓管堵塞等問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

以美國(guó)FCI公司生產(chǎn)制造的MT86型熱擴(kuò)散式氣體流量 計(jì)在海南昌江核電廠煙囪流量測(cè)量上得到了很好的應(yīng)用，熱 式質(zhì)量流量計(jì)在精度、壓力損失、安裝便利性、可維護(hù)性等 方面比傳統(tǒng)的差壓式氣體流量計(jì)具有一定的優(yōu)勢(shì)，其可靠性 減少了日常維護(hù)的工作。本文通過(guò)對(duì)其特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)的介紹， 著重對(duì)其工作原理深人的分析研究，比較和總結(jié)兩種測(cè)量方 法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)在各種工藝場(chǎng)合熱擴(kuò)散式流量計(jì)的使用具有 一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)為日后的維護(hù)提供了可參考的意見， 使之能夠提供提供更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，適應(yīng)和滿足日常生 產(chǎn)和系統(tǒng)工況的需求。