标准集团（香港）有限公司解读热式质量流量计的测量原理

标准集团(香港)有限公司创立于2003年，总部在中国香港，研发生产销售纺织类、汽车内外饰类、皮革鞋材类、口罩防护服类等材料测试仪器，在上海设有分公司上海泛标纺织品检测技术有限公司，全面负责中国大陆地区的销售和售后服务，上海千实精密机电科技有限公司是其生产厂家，负责测试仪器的加工生产。

公司起步于纺织领域的开发，秉持专业、真诚、热情、高效的服务理念，全面贴近客户需求，获得客户高度认可。一直以来，我们始终坚持提供适用产品，依赖专业高效的服务团队，整合技术和资源优势，为客户解决科研生产中遇到问题提供支持，从而带动国内科研及相关行业水平的提高。通过个性化的售前产品咨询，高效率的售后安装、维护和维修，标准集团正越来越多赢得市场和客户的信赖。

工厂使命：

上海千实致力于创新高质量的测试仪器，我们的任务是藉由团队的合作、细腻的创新、实际的效能与好的服务，将完整的实验室解决方案交给我们的客户及经销伙伴。

公司价值观：

1.客户至上

上海千实在乎您的需求，获得您的信赖是我们永远的目标。专注于实现每个客户的需求，无论是客户定制产品、技术支持或其他相关服务，我们都全心全意完成您的期盼。

2.创新思想

上海千实坚持运用实验室技术，并累积每个使用者及员工的实际经验，不断突破创新，为所有顾客创造好的测试设备产品。

3.技术水平

上海千实拥有好的研发团队、产品管理专家以及杰出的服务人员，我们结合了各项实验经验与多方客户反馈，确保千实提供给您质量的产品及服务。

4.人性化仪器

上海千实提供操作简单、便利的测试仪器，拥有符合用户体验性的贴心设计，如触控面板及小型按键板，让客户方便、轻松的使用与操作。

5.质量政策

上海千实力图满足顾客所期望的标准，达到更高的境界，我们承诺会藉由各项研究及开发不断提升我们的服务质量，同时也接受每个迎面而来的挑战。

热式质量流量计可分为：恒温差法流量计和恒功率法流量计。

恒功率法

（温度测量法）是以恒定功率为铂热电阻提供热量，使其加热到高于气体的温度；

流体流动带走铂热电阻表面一部分热量，流量越大，温度降越大，测量随流体流量变化的温度，可以反映气体流量。

有以下两种实现方式：

只对一只铂电阻加热，由热扩散原理测量温差。

原理：与恒温差式流量计的结构类似，在测量管路中同样加入两个金属铂电阻，一个为用于测量被测流体温度的测温电阻，另一个为用于测量被测流体速度的测速电阻。

在加热器上加上一个恒定的功率对测速铂电阻加热，流体在静止时测速铂电阻和测温铂电阻表面温度差ΔT21=TS2-TS1**，随着介质的流动，两个铂电阻表面温度差减小。

流体的流量越大，两只铂电阻的温差越小。

铂电阻连接在惠斯通电桥中，铂电阻的温度不同使铂电阻的电阻呈现不同阻值，从而使电桥不平衡，通过检测电桥的电压差来反应流体流量。

该恒功率式质量流量计存在的问题：

若流体的密度为ρ，流速为μ，加热铂电阻被流体带走的热量为Q，测温铂电阻和测速铂电阻的温度差为 △T21，则有关系式：

Q/ΔT21=k1+k2（ρμ）k3

式中对于组分一定的流体，k1、k2、k3为常数。

在横截当S的管路中，质量流量qm=ρμS。

测量过程中，测速铂电阻被电流I加热，在热平衡状态下，电流的加热功率与测速铂电阻被带走的热量处于平衡状态，即Q=I2RS2。因此质量流量qm与Q/ΔT21成一一对应的关系，可表示为：

qm=f〔I2RS2/ΔT21〕

当加热电流I不变，通过测出流体的温差ΔT21计算流体的质量流量时，忽略了测速铂电阻RS2随温度的变化，会造成误差。

（2）对两只对称的铂电阻进行加热，由热平衡原理计算温度差。

传感器的结构是把两个完全相同的铂电阻对称的固定在热源的两侧，放置在流体中。

采用一个恒流源（恒压源）对热源加热，流体流动使两个铂电阻的温度不同。

铂电阻连接在惠斯通电桥中，铂电阻的温度不同使铂电阻的电阻呈现不同阻值，从而使电桥不平衡，通过检测电桥的电压来反应流体流量。

现从传热学角度对该传感器原理作进一步的分析。假定流体为均匀分布的牛顿型流体，以一维测量为例：

热源R置于传感器基片的中心，在其两边对称地放置两个完全相同的温度检测芯片（薄膜式铂电阻）S1和S2传感器与流体之间的热交换主要通过对流进行，热源与温度检测芯片之间的热交换可通过传导和对流进行。

当流体流速为零，即当流体处于静止状态时，表面附近的流线场及主要由此产生的温度场相对于热源呈对称分布。

由于结构上的对称性，通过基片热传导进行的热交换相对于热源始终是对称的。

此时感温芯片的铂电阻温度满足TS1=TS2，即温差：ΔT21=TS2-TS1=0。

当流体流动时，流体和铂电阻之间主要为对流换热，由于局部对流换热系数的不同，基片表面附近的流线场及相应的温度场相对于中心热源的分布发生变化，导致倾向性的不对称分布。

根据热边界层理论，可知，此时上游温度检测芯片表面冷却速率高于下游芯片表面；

即铂电阻S1的换热系数大于S2是换热系数，所以TS2＞TS1，温差温度差：ΔT21=TS2-TS1＞0。

且ΔT21的值随流体流速的增大而增大。如果改变流体流向，ΔT21亦相应改变符号。

利用热平衡方程可以计算出因对流引起的芯片表面的温度再分布，获得温度差与流速的关系式。