热式质量流量计是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。   

一、原理

热式流量仪表用得最多有两类，1、利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计曾称量热式TMF;2、利用热消散（冷却）效应的金氏定律。又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型或侵入型。有些在使用时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式。

二、优点

热分布式TMF可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低~中偏高流速(气体2~60m/s)，插入式热式质量流量计更适合于大管径。热式质量流量计无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。

热式质量流量计使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简单，出现故障概率小。

热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。

气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。

三、缺 点

热式质量流量计响应慢。

被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。

对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。

对于热分布式热式质量流量计，被测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。

对脉动流在使用上将受到限制。

液体用热式质量流量计对于粘性液体在使用上亦受到限制。

四、 选用考虑要点

4.1、应用概况

热式质量流量计目前绝大部分用于测量气体，只有少量用于测量微小液体流量。

热分布式仪表使用口径和流量均较小，较多应用于半导工业外延扩散、石油化工微型反应装置、镀膜工艺、光导纤维制造、热处理淬火炉等各种场所的氢、氧、氨、燃气等气体流量控制，以及固体致冷中固体氩蒸发等累积量和阀门制造中泄漏量的测量等。在气体色谱仪和气体分析仪等分析仪器上，用于监控取样气体量。分流型热分布式仪表应用于30~50mm以上管径时，通常在主流管道上装孔板等节流装置或均速管，分流部分气体到流量传感器进行测量。

冷却效应的插入式热式质量流量计国外近10年在环境保护和流程工业中应用发展迅速，例如；水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制，煤粉燃烧过程粉/气配比控制，污水处理发生的气体流量测量，燃料电池工厂各种气体流量测量等等。大管道用还有径向分段排列多组检测元件组成的插入检测杆，应用于锅炉进风量控制以及烟囱烟道排气监测SO2和NOX排放总量。

液体微小流量热式质量流量计应用于化学、石油化工、食品等流程工业实验性装置，如液化气流量测量，注入过程中控制流量；高压泵流量控制的反馈量；药液配比系统定流量配比控制；直接液化气液态计量后气化，供给工业流程或商业销售。还有在色谱分析等仪器上用作定量液取样控制以及用于动物实验麻醉液流量测量。还未见到液体微小流量热式质量流量计国内定型产品。

4.2   流体种类和物性

热式质量流量计只能用于测量清洁单相流体------气体或液体，用气体的型号不能用于液体，反之亦然。对于热分布式气体还必须是干燥气体，不能含有湿气。流体可能产生的沉积、结垢以及凝结物均将影响仪表性能。对于热分布式热式质量流量计制造厂还应给出接受的不清洁程度，例如大部分给出允许微粒粒度，用户可按此决定是在仪表前装过滤器。浸入式热式质量流量计对清洁度要求低些，则可用于测量烟道气，但必须装有阀等插入机构，能再不停流条件下去取出检测头。

（1）流体的比热容和热导率

热式质量流量计工作时流体的比热容和热导率保持恒定才能测量准确。被测介质工况温度、压力变化范围不大，仅在工作点附近波动，比热容变化不大，可视作常数。若工作点压力温度远离校准时压力温度，则必须在该工作点压力温度下调整。表2列出几种气体在不同压力温度下的定压比热容，可看到其变化程度。

表2 几种气体定压比热容    cal/(g•K)

注：1cal/ (g•k)=4186.8J/ (kg•K)

（2）流量值的换算

热分布式TMF制造厂通常用空气或氮气在略高于常压的室温工况条件下标定（校准）。如实际使用工况有异或不用于同一气体，均可通过各自条件下比热容或换算系数换算。

1）同一气体不同工况的流量换算 从表2的数值可以看出空气、氩气、一氧化碳、氮气、氧气压力在1MPa以下、温度在400K以下变化，定压比热容变化仅在1%~2%之间，大部分使用场所可不作换算；压力温度变换较大时也可利用式6计算，因为同一气体两种工况条件下定压比热容的比值与摩尔定压比热容的比值是相等的。

2）不同气体间流量换算   有些制造厂的使用说明书给出以空气为基数的转换系数F，可按式6换算；也可直接以标定（校准）气体和实际使用气体的摩尔定压比热按式6换算，但因还有热导率等其他因素，换算后精度要降低些。表3给出若干气体按摩尔定压比热容直接计算和若干制造厂提供的两种转换系数数据，其中Freon12两者差别较大。

表3 几种气体的转换系数

各厂提供的转换系数单双原子气体差别较小，仅百分之几；烃类气体则差别较大，达20% ~30%。

4.3 仪表性能考虑

（1）流量范围、流速和范围度

热式质量流量计的流量应以单位时间流过的质量来表示，但测量气体时习惯上亦常以计算到标准状态下单位时间流过的体积表示。流速亦以标准状态下单位时间流过距离的长度表示。与其他流量计相比，热式质量流量计适用于低流速范围，特别是小口径热分布式；带测量短管浸入检测杆式可选上限（满度）流速范围较宽，上限范围度（**上限流量/最小上限流量）在10~ 30（TH1200型）和60~80 (TH1300型)之间。

插入式热式质量流量计的上限流速选择范围较宽，可在0.5~100m/s,但较多用于3~60m/s之间，视仪表结构设计而异。插入式热式质量流量计适用于低流速烟道气测量。

液体用热式质量流量计的上限流量很小，国外现有产品上限流量范围在10－1~102g/min数量级之间；流量范围度在10:1~50:1之间。

（2）精确度和重复性

热式质量流量计 具有中等测量精确度。热分布式的基本误差通常在±（2~2.5）%FS之间。国外设计优良的产品则有较高精确度，基本误差为±1%FS，重复性则在0.2%~0.5%FS之间。带测量短管浸入式的基本误差相仿，亦在±（2~2.5）%之间，设计优良的产品可达±2%R。插入式除仪表本身基本误差外，还应加上流速分布系数变化影响等，单点测量影响较大，多点或多检测杆则影响较小，合计约在±（2.5~5）%FS之间。

插入式仪表检测的点数视流通面积和流动状况而定，有制造厂在正常流速分布流动状况下，推荐检测点数为：；圆管直径在200mm以下为单位单点，200~300mm为双点，350~700mm为3~4点，750~1200为5点，1250mm以上为6点。矩形管面积0.05m2以下为单点，0.1~0.2m2为2~4点，0.2~2.5mm2为4~12点，2.5m2以上为12~20为点。

（3）响应性

在流量仪表中TMF的响应时间是比较长的，时间常数一般为2~5s，响应较快者为0.5s，有些型号长达数秒、十几秒甚至几十秒者。若应用于控制系统不能选用响应时间长的仪表。

（4）流体温度，环境温度和环境温度影响量

流体使用温度一般为0~500C，范围较宽者为─10~1200C，应用于窑炉或烟道的高温高粉尘型则可高达5500C。加热热源温度高于气体数十度（K）。

测量气体时流体温度变化，不像体积流量仪表那样气体体积变化改变所测（体积）流量，并不影响质量流量，然而如前文所述若温度变化过大，比热容的变化会导致量程变化。这种影响因气体种类而异，如空气、氮气、氧气、氢气等影响量不大；但有些气体例如甲烷压力在0.1MPa，温度从300K升高到400K定压比热容要增加11.1%（见表2）此外还有零点偏移影响。

环境温度适用范围通常为(0~50)0C。较宽者为(─10~ +80)0C。环境温度激烈变化将影响经外壳散失的热量，导致测量值的变化，包括零点偏移和量程变化。环境温度影响量一般为±(0.5~1.5)%/10K，但也有一些制造厂声称无环境温度影响。

（5）压力损失

气体用仪表压力损失很小，满量程流量时热分布式压力损失均在10kpa以下，其中带层流分流部件（或无分流部件）的小管型。