目前所用各種型式的氣體流量計(jì)，絕大部分是計(jì)量氣體的體積流量。由于氣體的體積隨溫度與壓力的不同而變動(dòng)，所以常發(fā)生較大的計(jì)量誤差。如工作壓力經(jīng)常變動(dòng)，更使計(jì)量發(fā)生困難。
氣體質(zhì)量流量計(jì)的主要特點(diǎn)是不受溫度與壓力變動(dòng)的影響，其顯示讀數(shù)直接指示氣體的質(zhì)員流量。它具有一系列優(yōu)點(diǎn)：
1. 在常壓、高壓或負(fù)壓的條件下均可選用。
2. 可在常溫、100度，甚至又高的溫度下正常運(yùn)行。
3. 適用的量程范圍寬，既能用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小流量的場所也可用于工廠生產(chǎn)中的大型裝置。
4. 流量計(jì)的阻力降極微。
5. 抗介質(zhì)腐蝕的能力強(qiáng)。
6. 計(jì)量精度高。
7.輸出電訊號(hào)，可遠(yuǎn)傳顯示，還便于與其他儀表配合后實(shí)現(xiàn)流量記錄．自控或累計(jì)。
質(zhì)量流量計(jì)是一種熱導(dǎo)式儀表早在本世紀(jì)初，托馬斯(Thomas)提出了它的原型，后幾經(jīng)變革慚趨完善。目前許多國家有這類流星計(jì)的工業(yè)產(chǎn)品，廠泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域。雖具體結(jié)構(gòu)各有差異，但其原理是基本一致的。我國自1976年以來，也已有幾種產(chǎn)品陸續(xù)間世，較多地應(yīng)用于原子能工業(yè)及半導(dǎo)體制造工業(yè)。我們?cè)糜?0大氣壓微型催化反應(yīng)裝置中計(jì)量氫氣流量，己取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。若能把它推廣應(yīng)用于石油、化工業(yè)的各個(gè)方面必將收到良好的效益。
質(zhì)量流量計(jì)原理圖
這種流量計(jì)的基本原理是在一很小直徑(4毫米)的薄壁金屬管(常用不繡鋼、純鎳或蒙乃爾臺(tái)金等耐蝕合金)的外壁，對(duì)稱繞上四組電阻絲，相互聯(lián)接組成惠斯頓電橋(見下圖)，其守橋留繞組l與繞組3分內(nèi)、外兩層平繞于管了左側(cè)(上游)，繞組2與6則同樣地繞于管子的右側(cè)(下游)。如圖接上值電流的直流電源后，電流通過繞組而致升溫，沿金屆導(dǎo)管軸向形成一個(gè)對(duì)稱分布的溫度場(圖中實(shí)線所示)。當(dāng)氣體流經(jīng)導(dǎo)管時(shí)因氣體吸熱而使上游管壁溫度下降，通過下游時(shí)氣體放熱，管壁溫度上升，導(dǎo)致了溫度場的變異，即溫度最高點(diǎn)位置向右偏移(圖中虛線所示)。電阻絲采用電阻溫度系數(shù)較大的材料能靈敏地反映溫度的變化而使電橋失去平衡。最后，將電橋的不平衡電壓訊號(hào)放大或者轉(zhuǎn)換成電流訊號(hào)。從理侖上來說這輸出訊號(hào)的大小正比于氣體的質(zhì)量流量與氣體比熱的乘積，可簡單地表達(dá)為：
式中：E一輸出訊號(hào) k一比例常數(shù)
Cp一氣體比熱(定壓) M一氣體的質(zhì)量流量
A一流量計(jì)各繞組與周圍環(huán)境間的總傳熱系數(shù)
就理想氣體而言，氣體的比熱是不隨壓力而變化的常值，所以輸出訊號(hào)僅與氣體的質(zhì)量流量成正。一般的真實(shí)氣體其比熱受壓力影響的變動(dòng)幅度很小故仍可用輸出訊號(hào)直接代表質(zhì)量流量。認(rèn)為與壓力的大小無關(guān)。在實(shí)用中，因難于計(jì)量氣體的質(zhì)量來標(biāo)定儀表故常以換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(760毫米汞柱、0℃或760毫米汞柱、20℃)的氣體體積(用“標(biāo)升”或標(biāo)立米”表示)來標(biāo)稱氣體的質(zhì)量。
根據(jù)這種儀表的原理、性能，結(jié)合我們的使用經(jīng)驗(yàn)及測試情況下面幾個(gè)方面值得注意：
1．當(dāng)儀表的工作條件變換時(shí)(如變更介質(zhì)、環(huán)境溫度大幅度變化等)，對(duì)儀表的零位應(yīng)重新加以調(diào)整。同時(shí)，儀表的導(dǎo)管必須水平安裝，要用水平儀校準(zhǔn)。否則將增大工作條件變化對(duì)零位漂移的影響。機(jī)架更不可有震動(dòng)或搖擺等情況故不宜在船舶上使用。
2．對(duì)相當(dāng)于0—100kg/cm2壓力、0～7標(biāo)升/小時(shí)流量(空氣)范圍內(nèi)的大量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，用最小二乘法原理求直線回歸方程，其相關(guān)系數(shù)λ值均在0.999～0.9999范圍內(nèi)，證明儀表具有良好的線性度。但線性度與量程大小有著流量越大，非線性越嚴(yán)重，所以一般把量程限定在0～4標(biāo)升/時(shí)(空氣)以內(nèi)，以確保良好的線性度。為了能測量大流量而又保證線性度，可采用分流原理來擴(kuò)展儀表的量程。如采取旁路管、文丘利管、孔板等配合使用，量程可分別擴(kuò)大到每小時(shí)幾十、幾百、幾千標(biāo)升，直至幾萬標(biāo)立方。
3．雖然真實(shí)氣體的比熱隨壓力的不同而有變化甚至某些氣體的變動(dòng)幅度還比較大(見表1)，但儀表的測量精度仍能保持桂一定范圍內(nèi)(見表2)。
表1 氣體的定壓比熱(卡/標(biāo)升℃)
表2 儀表的測量精度（％）
4．導(dǎo)管材質(zhì)的選擇，除了考慮耐腐蝕性以外，以選用導(dǎo)熱性能較好的材料為佳。以測目氮?dú)鉃槔瑯釉?—100kg/cm2壓力及0～7標(biāo)升/小時(shí)流量的范圍內(nèi)測試，用鎳管的測量精度為2～2.5％而用不銹鋼的則為3～4％(鎳的導(dǎo)熱系數(shù)約為不銹鋼的三倍)。
5．由于這類儀表必須在氣體比熱相對(duì)穩(wěn)定的情況下才能進(jìn)行正常工作所以凡是氣體成分不穩(wěn)定、氣體中央帶霧沫以及工作條件逼近氣體的液化臨界區(qū)等情況由于比熱值很不穩(wěn)定，均不宜使用這種儀表。如乙烯液化的臨界點(diǎn)是50 kg/cm2、9.9℃，在測試時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力超過30 kg/cm2時(shí)，儀表讀數(shù)就開始失穩(wěn)了。
6．若改換了一種氣體介質(zhì)，最好重新進(jìn)行標(biāo)定。在儀表的說明書里，常介紹不重新標(biāo)定，而僅根據(jù)兩種氣體的比熱來換算未經(jīng)標(biāo)定的氣體流量雖簡單方便，但會(huì)造成較大的誤差，尤其是在高壓下工作時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)儀表的靈敏度并不完全與比熱成正比關(guān)表，更以重新標(biāo)定為妥。
7．本儀表在使用前必須先開機(jī)預(yù)熱，在未充分預(yù)熱前，儀表上作不穩(wěn)定。比較好的機(jī)型，其開機(jī)預(yù)熱時(shí)間在兩小時(shí)以內(nèi)。
8．在使用過程中，當(dāng)氣體流量突然改變時(shí)，須通過熱量的傳送，管內(nèi)溫度重新分布，所以輸出訊號(hào)的重新穩(wěn)定需要一定的時(shí)間。為了能減小這種滯后現(xiàn)象，制造廠常在儀表的電氣線路中加設(shè)微分網(wǎng)絡(luò)，以使輸出訊號(hào)快速反應(yīng)。這在與其他儀表配合作流量自控時(shí)尤為必要。
