有關thermal flowmeter 的敘述,下列何者錯誤?
詳細解析
本題觀念:
本題考的是 thermal flowmeter(熱線式流量計)的工作原理與特性限制。核心考點在於熱線式流量計無法辨別氣流方向,因此無法測量雙向流量。
選項分析
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(A) 氣體密度(density)會影響測量值 → 正確 熱線式流量計是藉由氣流帶走 heated wire 上的熱量來推算流速。氣體密度會影響氣體分子攜帶熱量的能力,密度越大帶走熱量越多,因此密度會影響測量值。
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(B) 氣體黏度(viscosity)會影響測量值 → 正確 氣體黏度影響對流傳熱的邊界層厚度,黏度不同的氣體在相同流速下會產生不同的散熱效果,所以黏度確實會影響讀數。
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(C) 主要靠 heated wire 電阻改變測量流量 → 正確 這是熱線式流量計的基本原理:heated wire(加熱鉑絲或鎢絲)通電後維持恒溫或恒流,氣流通過時帶走熱量使 wire 溫度下降、電阻改變,透過偵測這個電阻變化來計算流量。
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(D) 可以測量雙向流量 → 錯誤 ✗ 標準 thermal flowmeter 的信號不具方向性——不論氣體從哪個方向流過 heated wire,都只會產生「冷卻」效果,無法區分吸氣還是呼氣。文獻明確指出:thermal mass-flow measuring device 的信號「does not permit recognition of direction」。因此,基本型 thermal flowmeter 只能測量單向流量。
答案解析
答案選 (D)。熱線式流量計的根本限制在於它只偵測「氣流使加熱線冷卻」的程度,無論氣流方向如何,冷卻效果相同,因此無法判定流向、無法做雙向量測。若要實現雙向測量,需額外加裝方向感測元件(如在加熱線兩側各加一條溫度感測鎢絲,利用上游線被冷卻、下游線被加溫的不對稱來判斷方向),但這已非標準 thermal flowmeter 的基本配置。
核心知識點
- Thermal flowmeter 原理:heated wire 被氣流冷卻 → 電阻改變 → 推算流量
- 受氣體物性影響:密度、黏度、成分都會改變散熱效率
- 方向盲點:基本設計無法辨別氣流方向(只能測單向)
- 其他限制:怕水氣汙染、高流量精度下降、不能用於易燃氣體