熱式質(zhì)量流量計可以直接測量出被測氣體的質(zhì)量流量，可測流量范圍比較大，廣泛應用于化工和發(fā)電等領(lǐng)域。針對核電站空調通風(fēng)系統等的通風(fēng)流量測量問(wèn)題，由于其工作條件較為惡劣且設計流量范圍較大，因而對熱式質(zhì)量流量計的設計提出了較高的要求。
設計了基于恒溫差原理的熱式質(zhì)量流量計的硬件電路，包括電源電路、信號調理電路和信號處理與輸出電路，其中，信號調理電路通過(guò)惠斯通電橋和負反饋控制電路維持傳感器探頭之間的恒定溫差。針對引線(xiàn)電阻對測量結果的影響，通過(guò)理論分析得到引線(xiàn)電阻補償電路的原理，并設計了引線(xiàn)電阻補償電路。針對儀表的測量范圍較小的問(wèn)題，基于LT1510恒流驅動(dòng)芯片實(shí)現控制電壓到輸出電流的轉換，替換了傳統電路中的三極管，有效地提高了儀表的量程比。
對加熱電流原始數據進(jìn)行了幅值域和頻域分析，結果表明：加熱電流值近似符合高斯分布，且噪聲信號頻域分布較廣。因此，使用4階巴特沃斯低通濾波器對加熱電流進(jìn)行濾波，提高了測量結果的重復性。針對加熱電流和被測流速的非線(xiàn)性關(guān)系，基于最小二乘法準則進(jìn)行分段6階多項式擬合，以獲得最小誤差平方和下的儀表特性曲線(xiàn)，提高了儀表的測量精度。利用二維回歸方程構建出擬合流速、氣體溫度和實(shí)際流速之間的函數關(guān)系，從而消除氣體溫度變化所造成的測量誤差。
基于模塊化設計思想設計各個(gè)子模塊的程序，包括主監控程序、信號采樣模塊、流量計算模塊、中斷模塊、脈沖輸出模塊、上位機通訊模塊、液晶顯示模塊和初始化模塊等，各子模塊間互相配合，實(shí)現了從信號采樣、流量計算到結果輸出的完整流程。
為驗證設計電路和算法的有效性，進(jìn)行了氣體流量標定實(shí)驗和氣體溫度補償實(shí)驗。實(shí)驗結果表明，在氣體溫度不變時(shí)研制的恒溫差型熱式質(zhì)量流量計測量結果滿(mǎn)足1級精度要求，儀表的最大可測流量達到了60m3/h，量程比達到了60：1，有效地拓寬了熱式質(zhì)量流量計的測量范圍。被測氣體溫度在20~60℃范圍內變化時(shí)，溫度補償算法有效地消除了氣體溫度變化帶來(lái)的影響，儀表測量結果滿(mǎn)足1.5級精度要求。
