热式流量仪表市场类型和应用

　　0　引言

　　热式流量仪表是利用热学传热原理检测流量的仪表,即利用流动流体与热源(流体通道内或管壁外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。20世纪60年代美国首先为宇航业所需气体质量流量控制,开发出热式质量流量计正式产品,后应用于半导体工业的制造设备上,得到很大发展,而后又扩展到其他工业应用领域。近年来还在工业应用上从测量气体扩展到测量液体。

　　世界范围内流程工业用热式流量计1993年销售量已达4. 5万台,若按CAGR(年均复增长率)3% ~4.5%估计,2005年销售6.5~7. 5万台; 1995年前后估计销售金额约占流量仪表整体的3%。大部分用于家用设备的MEMS(微机电系统)热膜式流量传感器, 2000年世界市场容量达26余亿美元的规模[1]。

　　我国早在70年代就开发了热式流量仪表,然而仅在军事工业应用,使用面窄,随着半导体业的发展,才有一定规模的生产。近年则受到各界注视,应用于各流程工业和公用事业,这从历届多国仪器代表展会上热式流量仪表参展企业的增加得到反映,如表1所示,展示热式流量仪表的国内制造企业从2001年的0家增加到2006年的14家,人们看好市场,热情上升。现在除液体用热式流量计外,其他各类型仪表均有本地化生产的仪表。行业协会几位同仁曾估计国内生产的仪表, 2002年前后约在3 500~4 000台之间。

　　1　类型和性能特点

　　当前市场上常见的热式流量仪表类型谱系如图1所示。热式流量仪表按功能分为热式质量流量计和热式流量控制器两大类。流量计具有显示流量值,或输出连续流量信号的功能;控制器只输出两位信号,触发下位连锁设施作管系的安全保护,习称流量开关,或本身带流量控制阀等。控制流量保持在某流量范围内。流量开关也可称作流动替续器。

　　按检测元件与热源间热交换作用分为热量传递转移效应的热分布式仪表和基于金氏定律的热消散效应侵入式仪表。侵入式仪表结构上又按热检测元件进入管系方式分为插入(管道)型和接入(管道)型,热分布式仪表只有接入管道方式。

　　接入(in-line)型仪表流量传感器有自身的测量段,截断管道接入待测位置。接入型侵入式仪表因可实流校准比插入型侵入式有较高测量精确度。插入( inser-tion)型是将热检测元件在现场插入管道。插入型仪表是由一组或多组检测元件组成的独立检测杆(探头)和转换器组成。多组热检测元件组成的仪表也有称作热式均速流量计,应用于大管径。有采用多台插入检测杆阵列布置应用于大型通风/烟道圆管或矩形管。

　　1.1　热分布式工作原理

　　热分布式工作原理是在测量管外壁上下游各绕两组加热/检测线圈,通以恒定电流加热,无流量静止时,两线圈中心上下游温度分布处于对称平衡状态,两组检测线圈电阻相等,流动时流体将上游管壁热量带走传递给下游管壁,破坏原平衡状态,线圈电阻产生差异,检测之,求得流体质量流量。