热式流量计是一种利用热传导原理来测量流体流量的仪表。其核心思想是：流体流动会带走热量，流量的变化会导致热量被带走的速率发生变化，通过测量这种热量变化，就可以反推出流体的流速和流量。

它尤其在中低流速的气体流量测量领域表现出色，是目前气体流量测量中最主要的技术之一。

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一、工作原理

热式流量计主要基于两种基本原理工作：恒温差原理 和 恒功率原理。

1. 恒温差原理
这是目前最主流、应用最广泛的工作原理。

• 核心组件： 传感器内部通常有两个温度传感器（通常是铂电阻）：一个作为加热器，被加热到高于流体温度的一个固定值；另一个作为参考探头，用于感知流体的实际温度。

• 工作过程：

  1. 当流体静止时，加热器和流体之间的温差保持恒定。

  2. 当流体开始流动时，流动的流体会带走加热器的热量，导致其温度有下降的趋势。

  3. 控制系统迅速检测到这一变化，并立即增加供给加热器的功率，以使其温度恢复到设定的温差值。

  4. 流体流速越快，带走的热量越多，需要维持恒温差所消耗的加热功率也就越大。

• 测量方式： 因此，通过精确测量为保持恒温差所消耗的加热功率，就可以直接计算出流体的流速和流量。该功率与流体的质量流量有良好的对应关系。

2. 恒功率原理

• 核心组件： 同样有两个温度传感器，上游和下游各一个。上游探头被恒定功率加热。

• 工作过程：

  1. 在流体静止时，两个探头的温度分布是固定的，存在一个固定的温差。

  2. 当流体流动时，流体将上游热探头的热量带至下游，导致下游探头的温度升高。

  3. 流体流速越快，热量被带到下游越多，两个探头之间的温差就越小。

• 测量方式： 因此，通过测量两个探头之间的温度差，就可以反推出流体的流速和流量。

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二、主要特点

优点：

1. 高精度测量气体： 对气体，尤其是中低流速的气体，测量精度非常高。

2. 测量范围宽（量程比宽）： 通常可以达到100:1甚至更高，意味着同一台流量计既能测很小的流量，也能测较大的流量。

3. 无活动部件，压力损失极小： 传感器探头直接插入管道，对流体几乎不产生阻碍，因此压损极低，节能效果好。

4. 可直接测量质量流量： 原理上测量的是流体带走热量的能力，这与气体的质量流量直接相关，无需进行温度和压力补偿即可得到质量流量，这是其巨大优势。

5. 响应速度快： 对流量变化能做出快速反应。

6. 可测量极低流速： 能够测量低至每秒几厘米的流速，这是很多其他类型流量计难以做到的。

7. 适用多种气体： 在标定后，可以测量空气、氧气、氮气、氢气、沼气、烟气等多种气体。

缺点：

1. 对介质成分和性质敏感： 测量结果依赖于流体的导热系数和比热容。如果气体成分发生较大变化，会直接影响测量精度，必须重新标定。

2. 不适用于液体（绝大多数）： 液体的导热和热容特性与气体差异巨大，常规的热式气体流量计不能用于液体。虽然有专门的热式液体流量计，但应用较少。

3. 对脏污介质敏感： 如果气体中含有油污、粉尘等，可能会覆盖在传感器表面，形成隔热层，严重影响测量精度甚至损坏传感器。

4. 不适用于高压气体： 在高压力下，气体的热物理性质会发生变化，影响测量。

5. 需要一定长度的直管段： 为保证流场稳定，安装时需要前后留有足够的直管段。

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三、主要应用领域

热式流量计几乎成为了以下领域气体流量测量的首选：

• 半导体制造： 测量高纯度、特殊工艺气体（如氦气、氩气）。

• 环保监测： 监测烟气排放、沼气产量、污水处理过程中的曝气流量。

• ** HVAC（暖通空调）：** 测量送风、回风管道中的空气流量。

• 能源管理： 压缩空气系统测量和能源核算，天然气、煤气测量。

• 实验室科研： 对各种实验装置中的气体流量进行精确测量。

• 医疗设备： 呼吸机、麻醉机中的气体流量控制。

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四、主要结构形式

1. 插入式：

   • 将传感器探头直接插入工艺管道中。

   • 适用于大管径管道，成本低，安装方便。

   • 精度相对较低，因为它测量的是管道中某一点的流速，需要通过模型来推算整个截面的平均流量。

2. 管段式：

   • 将传感器固定安装在一个经过精密加工的短管段内，形成一个完整的流量计。

   • 出厂前经过精确标定，精度高。

   • 适用于中小管径的管道。

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五、选型要点

在选择热式流量计时，需要考虑：

• 测量介质： 明确是何种气体，其热物理性质是否稳定。

• 流量范围： 确定最大、最小和常用流量。

• 管道尺寸： 决定使用插入式还是管段式。

• 工艺压力与温度： 确保在仪表的工作范围内。

• 介质洁净度： 如果介质不洁净，需要选择防污型探头或采取过滤措施。

• 精度要求： 根据应用场景选择合适精度等级的产品。

• 输出信号与通信需求： 如4-20mA、脉冲输出、HART、Profibus-PA等。