热式质量流量计可以直接测量出被测气体的质量流量,可测流量范围比较大,广泛应用于化工和发电等领域。针对核电站空调通风系统等的通风流量测量问题,由于其工作条件较为恶劣且设计流量范围较大,因而对热式质量流量计的设计提出了较高的要求。设计了基于恒温差原理的热式质量流量计的硬件电路,包括电源电路、信号调理电路和信号处理与输出电路,其中,信号调理电路通过惠斯通电桥和负反馈控制电路维持传感器探头之间的恒定温差。针对引线电阻对测量结果的影响,通过理论分析得到引线电阻补偿电路的原理,并设计了引线电阻补偿电路。针对仪表的测量范围较小的问题,基于LT1510恒流驱动芯片实现控制电压到输出电流的转换,替换了传统电路中的三极管,有效地提高了仪表的量程比。对加热电流原始数据进行了幅值域和频域分析,结果表明:加热电流值近似符合高斯分布,且噪声信号频域分布较广。因此,使用4阶巴特沃斯低通滤波器对加热电流进行滤波,提高了测量结果的重复性。针对加热电流和被测流速的非线性关系,基于最小二乘法准则进行分段6阶多项式拟合,以获得最小误差平方和下的仪表特性曲线,提高了仪表的测量精度。利用二维回归方程构建出拟合流速、气体温度和实际流速之间的函数关系,从而消除气体温度变化所造成的测量误差。基于模块化设计思想设计各个子模块的程序,包括主监控程序、信号采样模块、流量计算模块、中断模块、脉冲输出模块、上位机通讯模块、液晶显示模块和初始化模块等,各子模块间互相配合,实现了从信号采样、流量计算到结果输出的完整流程。为验证设计电路和算法的有效性,进行了气体流量标定实验和气体温度补偿实验。实验结果表明,在气体温度不变时研制的恒温差型热式质量流量计测量结果满足1级精度要求,仪表的最大可测流量达到了60m~3/h,量程比达到了60:1,有效地拓宽了热式质量流量计的测量范围。被测气体温度在20～60℃范围内变化时,温度补偿算法有效地消除了气体温度变化带来的影响,仪表测量结果满足1.5级精度要求。