边界层流量计测量原理

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边界层流量计测量原理

 
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  边界层流量计测量原理

热式质量流量计
热式质量流量计(Theermal Mass flowmeters,简称TMF)在国内习惯称为热式流量计,是利用流体流过外热源加热的管道时产生的温度场变化来测量流体质量流量,或利用加热流体时流体温度上升某一值所需的能量与流体质量之间的关系来测量流体质量的一种流量仪表。一般用来测量气体的质量流量。具有压损低;流量范围度大;高精度、高重复性和高可靠性;无可动部件以及可用于极低气体流量监测和控制等特点。
1.托马斯流量计
2. 浸入型热式质量流量计
浸入型TMF是在原来热线接触式流量计的基础上发展起来的一种坚固型热式质量流量计,它解决了接触式TMF在结构上的缺陷,采用适用于工业应用的坚固的高可靠性传感器,近二十多年来得到了很快的发展。
浸入型热式质量流量计原理
浸入型热式质量流量的分类
浸入型热式质量流量计的特点
3.热分布型热式质量流量计
从图6-14的曲线可知,浸入型TMF工作在曲线的后半段,质量流量与温差ΔT成反比,不能用来测量微小流量。热分布型TMF是近二十多年来发展起来的测量微小气体流量的仪表。它工作在图6-14曲线的前半段,在一定的流量范围内,质量流量与温差ΔT成正比,广泛应用于半导体制备、石油化工、冶金、制药、原子能等工业中微小气体流量测量。
温差和流量的关系
热分布型热式质量流量计的原理
热分布型热式质量流量计的结构与分类
③ 热分布型热式质量流量计的特点
A.热分布型热式质量流量计的优点
B.热分布型热式质量流量计的缺点
热分布型热式质量流量计的使用
边界层流量计原理
4.边界层流量计
① 边界层流量计测量原理
边界层流量计是由托马斯流量计发展而来的一种非接触式流量计,可以用来测量气体,也可以用于测量液体。
图6-22为边界层流量计的结构原理。在测量管的外侧绕一电加热线圈,在电加热丝两侧安装两个温度计,将加热丝夹在中间。当电加热丝通电加热时,加热器向管道内部提供热量,通过管壁、边界层将热量传递到管内流体。不管管内流动是层流还是紊流,在管壁附近都存在一层边界层。边界层内的热传递可以看做是纯导热方式进行的,紊流流动时,由于管道材料的导热性能很好,管道中心的紊流部分温度也几乎一样,所以管壁外部与管道中心的温度差ΔT几乎完全发生在边界层内。其温度分布如图6-22下半部所示,实线为紊流情况下的分布,虚线为层流情况下分布。
设边界层的传热系数为h,加热线圈的有效传热面积为A,则单位时间传递给流体的热量Q为:
Q=AΔTh (6-27)
边界层的传热系数h 是质量流量的函数,根据雷诺等的研究结果,紊流流动时,传递给流体的热量Q与质量流量qm之间有以下关系


上述可知,用这种方法进行流量测量时,需测量出边界层内外的温差ΔT。由于边界测非常薄,且其厚度随流体性质和流动状态而变,因此不能把温度检测端固定在管道内部,同时将温度计放入管道内部也不能排除它对流动影响。为此,边界层流量计的温差测量在管道外部进行。为了避免加热器对流体温度的影响,在远离加热线圈的上游侧安装温度计,它测得的温度可以认为是边界层内侧的流体温度,而在加热圈下不远处安装的温度计可以测出被加热器加热了的流体的边界层外侧温度。将这两个测温电阻组合起来构成的测温电桥可以测量出温差ΔT。
一般,总是通过控制加热器提供的热量Q来保持温差ΔT为常数。而从热量Q的大小可以求出质量流量qm。

边界层流量计存在的问题

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