熱式氣體流量計是一種新型智能工業儀表，廣泛應用在各種工業場合。氣體流量作為核電站通風系統的重要 參數，海南昌江核電廠CNP650堆型核輔助廠房通風系統煙囪排氣流量監測采用了美國FCI公司的MT86型 熱式質量流量計。研究以此為背景，對熱擴散式氣體流量特點、工作原理）測量方法等進行總結，以期能更 好地使用和維護設備。

0.引言

差壓式氣體流量計根據流動連續性原理和伯努利方程推 算出的差壓與流量的關系"依靠測量在管道中安裝的節流裝 置前后差壓再通過變送器計算測得流量。根據差壓式流量計 的基本公式"氣體密度直接參與流量的計算，而氣體溫度和 壓力變化會使氣體密度也發生相應的改變，因而差壓式氣體 流量計會在氣體的溫度和壓力發生變化的時帶來了較大的測 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 參數和事故后監測的重要參數，其測量結果準確與否直接影 響到電廠的安全運行。熱式氣體質量流量計在氣體質量流量 測量領域是一種新型流量計，其測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量誤 差，海南昌江核電1! 2號機組相比參考電站，其核輔助廠房 通風系統煙囪排氣流量監測在國內首次采用了熱擴賦流量計。

1.熱擴散式氣體流量計簡介

熱擴散式氣體流量計是根據熱傳導原理設計的，即流 動中的氣體與熱源之間的熱量交換關系來測量氣體質量流 量的一種自動化儀表。以美國FCI公司生產制造的 MT86型熱擴散式氣體流量計為例，其典型結構由若干個 傳感點組成，每個傳感點包括2對尺寸和形狀完全相同的 熱套管。一對熱套管中含有一個加熱元件和一個鉑熱電阻 溫度探測器，另一對熱套管中含有一個空套管和一個參照 用鉑熱電阻溫度探測器。氣體流過探頭由于換熱造成熱量 的損失與氣體流速成比例關系，根據鉑熱電阻的變化（或 加熱元件功率變化）即可推算出流速的大小。

2.熱擴散式氣體流量計的特點

相比較傳統的差壓式氣體流量計，熱擴散式氣體流量 計有以下特點：

(1)傳感器結構堅固，耐腐蝕性強，無需大量的維護 工作）

⑵使用場合廣泛，能適應各種不同的管徑，量程范圍 大，量程比高）⑶精確度高且重復性好，FCI公司的MT86 型精度可達1JF.S； (4)反應速度較快，防過載能力強。（5) 無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。（6)結構簡單，出現故障的概率小，可維護性比較 好。(7)價格昂貴，響應速度較慢。

3.測量原理

熱擴散式質量流量計是基于金氏定律(King’s Law)結合 現代微電子技術新開發出的新型熱式質量流量計。通過檢 測因流體流動時加熱元件因熱量損失而引起溫度變化，在變 送器的換算下測得流量。傳感點中的兩個鉑熱電阻，一個作 為活動測量端，用于現(量加熱元件的溫度(下文稱Rs)另一 個則用于測量被測流體溫度(下文簡稱RT)。

基于金式定律，熱式質量測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流體之差恒定。

3.1恒功率測量法

恒功率法工作是流量計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氣體的溫度。流量計在工作 時，RT檢測待測氣體的溫度，RS則檢測加熱元件表面的溫 度。當氣體流動時，由于散熱帶走加熱元件所產生的熱量， 使加熱元件表面溫度降低，此時RS的阻值隨之發生變化。 當氣體靜止時，加熱元件的熱量無法散發，兩個鉑電阻之間 的溫度差最大。隨著氣體流速的增加，冷卻效果的加強，加 熱元件表面溫度降低，兩個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量流量成反比的關系。則現(量隨 流體流量變動而弓I起的溫度變化量，即可推算得出氣體流量。

但該種測量方法在測量氣體的質量流量時，加熱元件的 功率恒定決定了加熱元件的發熱量也是恒定的。而兩個鉑熱 電阻之間的溫度差不僅取決于氣體的流速，還取決于其測量 氣體的溫度。但流量計根據使用場合的不同，在特定的環境下對其進行標定，如忽略了 H(速鉑電阻隨溫度的變化，就會 造成較大的誤差，因而使用該種測量方法，如待測氣體溫度 變化比較頻繁，則要對RS隨氣體溫度變化進行補償。

3.2恒溫差測量法

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：當氣體流動因強迫對流換損失熱量，通過加熱 元件的供給功率的變化，使加熱元件和被測氣體的溫度差保 持不變，功率隨流量的變化而變化，功率的消耗與氣體流量 大小成對關系。氣體靜止時，由于沒有強迫對流換熱，此 時維持加熱元件和氣體溫度差恒定所需的功率最小，當氣體 流動時，RT檢狽(氣體的溫度，由于對流換熱散熱，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，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量流量成正比的關 系。在生產制造時可以通過實驗的方法標定出加熱元件功率 和質量流量的對應關系，就實現了氣體質量流量的測量。

恒溫差測量法相比于恒功率測量法，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，由此其可測量的范圍也受到了限制。

綜上，對這兩種測量方法進行比較，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 則由于其溫度場分布沒有變化，因此不受檢現(元件響應時的影 ， 應速 率 快。 種 量 的氣體流量計均不容易受介質成分的影響，不存在傳統差壓式 流量計的引壓管堵塞等問題。

4.結語

以美國FCI公司生產制造的MT86型熱擴散式氣體流量 計在海南昌江核電廠煙囪流量測量上得到了很好的應用，熱 式質量流量計在精度、壓力損失、安裝便利性、可維護性等 方面比傳統的差壓式氣體流量計具有一定的優勢，其可靠性 減少了日常維護的工作。本文通過對其特點、結構的介紹， 著重對其工作原理深人的分析研究，比較和總結兩種測量方 法的優缺點，對在各種工藝場合熱擴散式流量計的使用具有 一定的指導意義。同時為日后的維護提供了可參考的意見， 使之能夠提供提供更為準確的測量結果，適應和滿足日常生 產和系統工況的需求。