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(yīng)用于化工和發(fā)電等領(lǐng)域。針對核電站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)等的通風(fēng)流量測量問題，由于其工作條件較為惡劣且設(shè)計流量范圍較大，因而對熱式質(zhì)量流量計的設(shè)計提出了較高的要求。
設(shè)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(diào)理電路和信號處理與輸出電路，其中，信號調(diào)理電路通過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。針對引線電阻對測量結(jié)果的影響，通過理論分析得到引線電阻補償電路的原理，并設(shè)計了引線電阻補償電路。針對儀表的測量范圍較小的問題，基于LT1510恒流驅(qū)動芯片實現(xiàn)控制電壓到輸出電流的轉(zhuǎn)換，替換了傳統(tǒng)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(shù)據(jù)進行了幅值域和頻域分析，結(jié)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行濾波，提高了測量結(jié)果的重復(fù)性。針對加熱電流和被測流速的非線性關(guān)系，基于最小二乘法準則進行分段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，提高了儀表的測量精度。利用二維回歸方程構(gòu)建出擬合流速、氣體溫度和實際流速之間的函數(shù)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(shè)計思想設(shè)計各個子模塊的程序，包括主監(jiān)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，實現(xiàn)了從信號采樣、流量計算到結(jié)果輸出的完整流程。
為驗證設(shè)計電路和算法的有效性，進行了氣體流量標定實驗和氣體溫度補償實驗。實驗結(jié)果表明，在氣體溫度不變時研制的恒溫差型熱式質(zhì)量流量計測量結(jié)果滿足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(nèi)變化時，溫度補償算法有效地消除了氣體溫度變化帶來的影響，儀表測量結(jié)果滿足1.5級精度要求。
