熱式質(zhì)量流量計的工作原理

熱式質(zhì)量流量計的工作原理基于金氏定律（英文名稱：King’s Law)。利用外部熱源對管道內(nèi)被測量的氣體進行加熱，熱能隨著氣體一起流動，通過測量管道內(nèi)因氣體流動而產(chǎn)生的熱量變化，即：氣體通過管路前后的溫度變化，來計算氣體的質(zhì)量流量。另一種方法是通過測量加熱氣體時氣體溫度上升到某一點所需要的能量和氣體質(zhì)量之間的關(guān)系來計算得到氣體的質(zhì)量流量。

熱式質(zhì)量流量計內(nèi)的傳感器通常由兩個基準級熱電阻組成，一個是速度傳感器，另一個是測量氣體溫度變化的溫度傳感器。當這兩個熱電阻被置于管道內(nèi)被測氣體中時，其中速度傳感器被加熱，另一個溫度傳感器則用于測量氣體的溫度。隨著氣體的流量增大，帶走的熱量就上升，那么溫度傳感器自身的溫度就會下降。而溫度傳感器前后的溫度變化值與通過該管路內(nèi)的氣體的質(zhì)量流量恰恰是成線性比例的，由此工作原理則可推算出氣體的質(zhì)量流量。

計算公式：P/△T = A+B(Qm)k

其中，P為消耗功率，△T為氣體經(jīng)過管路前后的溫度差，A和B為反應氣體屬性的物理常數(shù)，Qm為質(zhì)量流量，K是指數(shù)系數(shù)。

再說的詳細一點，熱式質(zhì)量流量計的工作原理還分為恒溫差測量法和恒功率測量法。

熱式質(zhì)量流量計恒功率測量法的工作原理：

與上述相反，是在保持加熱功率不變的狀態(tài)下，通過測量氣體經(jīng)過管路前后的溫度差來計算質(zhì)量流量。

熱式質(zhì)量流量計恒溫差測量法的工作原理：

顧名思義，就是在保持溫度差不變的情況下，通過測量加熱功率的變化來計算氣體的質(zhì)量流量。該工作原理相對于恒功率測量法來說，優(yōu)點在于測量氣體質(zhì)量流量的響應速度較快，線性度較好，可達100：1。

熱式質(zhì)量流量計按照結(jié)構(gòu)不同，分為毛細管熱式質(zhì)量流量計和MEMS熱式質(zhì)量流量計。

毛細管熱式質(zhì)量流量計工作原理
所謂毛細管熱式質(zhì)量流量計，顧名思義，其工作原理就是從氣體通過的主通道內(nèi)分流一波極小的氣體流量出來，通過測量這一小部分氣體的質(zhì)量流量推算出通過主通道內(nèi)的所有氣體的質(zhì)量流量的總和。加熱器和測溫元件通常吵擾在毛細管管壁外部，而被側(cè)氣體由毛細管管道內(nèi)部通過。即：纏繞了電阻絲的熱電偶。質(zhì)量流量計通電后電阻絲開始加熱，通過線圈外的絕緣層、管道壁將熱量傳遞至通過毛細管的氣體，那么通過毛細管的氣體的前后溫度即發(fā)生了變化，而氣體的質(zhì)量流量的值正是與這個溫度變化成正比，用樓上提到的的金氏定律P/△T = A+B(Qm)k就可以算出氣體的質(zhì)量流量。

熱式質(zhì)量流量計是目前市面上主流、見得最多的質(zhì)量流量計。從毛細管熱式質(zhì)量流量計的工作原理不難看出，這類質(zhì)量流量計通常有以下特點：

1. 因為熱式質(zhì)量流量計的工作原理是基于溫度，所以熱式質(zhì)量流量計可以承受高壓。
2. 測量響應速度比較偏慢，開機后通常需要預熱一段時間才能工作并到達規(guī)定的精度。所以在熱式質(zhì)量流量計的參數(shù)表上通常會看見預熱時間這個數(shù)值。
3. 因為熱式質(zhì)量流量計的工作原理是基于氣體的傳熱能力，也就是氣體的比熱容，所以一個熱式質(zhì)量流量計只能測量一種氣體?，F(xiàn)在也有一些熱式質(zhì)量流量計品牌的某一些高端系列可以支持多于一種的氣體，但其實只是對于一些常用的惰性氣體，熱式質(zhì)量流量計的廠家通常都有積累了很多年的經(jīng)驗值，也就是乘以個系數(shù)換算一下，如果對測量精度要求不是很高的話，也可以將就用?；蛘哒f一些被測氣體的工況溫度和壓力變化波動不大，所以氣體比熱容的變化被視忽略不計。但本質(zhì)上來講，熱式質(zhì)量流量計的工作原理將其限制為只能測量單一氣體的質(zhì)量流量。
4. 熱式質(zhì)量流量計的毛細管是一根管徑長度與管道內(nèi)勁比值很大的的部件，比較容易在管壁上沉積垢層或被異物堵塞，毛細管與氣體主通道之間是一體式設計，是不可拆卸的部件，萬一有異物堵塞則無法正常工作且不能維修，只能換新。
5. 不過也正是因為毛細管與氣體主通道之間的一體式設計，熱式質(zhì)量流量計的密封性比其它工作原理的質(zhì)量流量計較好，可測量強腐蝕性氣體的質(zhì)量流量。這也就是為什么在半導體行業(yè)的蝕刻應用比較常見的都是熱式工作原理的質(zhì)量流量計。

直通式熱式質(zhì)量流量計工作原理

直通式熱式質(zhì)量流量計的工作原理與上面毛細管熱式質(zhì)量流量計其實有些似，只是沒有旁路結(jié)構(gòu)，將流量傳感器直接置于管路中測量通過該管道內(nèi)氣體的質(zhì)量流量。用于直通式熱式質(zhì)量流量計中的流量傳感器其實是一塊很小的芯片，貼于管道內(nèi)壁上，所以直通式熱式質(zhì)量流量計也稱為熱貼片式質(zhì)量流量計，另外還有個高大上的名字叫做MEMS質(zhì)量流量計，MEMS=Micro-Electro-Mechanical System。

從毛細管熱式質(zhì)量流量計和直通式熱式質(zhì)量流量計的工作原理可以看出，直通式熱式質(zhì)量流量計的測量精度相對遜色一些，通常用于對精度要求不是很嚴苛的應用，比如石化行業(yè)等。優(yōu)點是體積嬌小，方便工業(yè)集成，比較常見的MEMS質(zhì)量流量計是瑞士的Axitris。

差壓式質(zhì)量流量計的工作原理
差壓式質(zhì)量流量計的工作原理就是測量管路中兩點之間的壓力差，樓上說的用層流片工作原理測量的那家叫Alicat，這家最大的特色就是氣體隨便切換，但缺點是承受不了高壓。

其實還有一種差壓式質(zhì)量流量計，進口的，差不多的工作原理，利用文丘里管結(jié)構(gòu)使氣體做層流運動。