在已研发单点热式气体质量流量计的基础上，针对现在大口径或不规则管道气体质量流量丈量中存在的问题，提出了根据多点丈量的热式气体质量流量测验办法。文章对灵敏元件（ 热膜探头）温度特性和以热膜探头为测点的多点测验办法进行了很多的试验研讨。试验成果表明：多点测验办法中，以对数线性法最好; 多点热式气体质量流量测验办法能够显着改进某些单点丈量中呈现的较大差错，丈量精度能够到达1. 5%，扩展不确认度小于3. 4%。
关键词：热式质量流量计; 测验办法; 温度校对; 曲线拟合; 不确认度
热式气体质量流量计是根据前期热线风速计的基础上开展起来的一种新式气体流量检测外表，已广泛运用于航空、航天、动力、医学、汽车工业以及天然气管道运送等职业。现在，国内有关热式气体质量流量计的研讨和运用尚处在初级阶段，绝大多数产品都需求进口，尤其是针对大中型管道的气体流量丈量的热式气体流量计。因而，研讨热式气体质量流量计将对于我国国民经济的开展具有很大含义。本文在已研发单点热式气体质量流量计的基础上，针对现在大口径或不规则管道气体质量流量丈量中存在的单点丈量准确度不高、差压式外表压损太大以及速度- 面积法丈量困难等问题，提出了根据多点丈量的热式气体质量流量测验办法。
1 丈量原理及灵敏元件温度特性
热式质量流量计根据加热元件的不同，分为热线式和热膜式［1，2］。本文选用薄膜铂电（ 铂膜电阻或铂膜探头）作为灵敏元件。铂膜电阻作为一种新式的感温元件，具有尺度小、呼应快、易于与集成电路相匹配的特色，且具有测温规模宽、精度高、线性好、功能安稳等长处。在温度补偿、温度及流量的丈量和操控等范畴有广泛的运用。
铂膜电阻在作为流量传感器
运用时，因为探头散热条件与环境温度有极大联系，其信号输出将受环境温度改变的影响为了定量地把握热膜探头的温度特性，咱们根据热式流量计加热探头作业温度规模，对热膜探头在不同环境温度下进行温度特性试验。将热膜探头放置在温度可调的恒温箱中，给探头加上某一稳定作业电流i ，在不同的工况条件下，丈量探头两头电压v ，然后核算热膜探头电阻。热膜探头温度特性试验设备如图1 所示。
因为热膜探头的作业温度很难准确丈量，因而在静态温度特性试验中，首要树立热膜探头作业电阻随温度改变的曲线，即在热膜探头无自热效应的前提下（作业电流≤1 ma），热膜探头电阻随环境温度改变趋势。根据实际情况，本文选用pt20 热膜探头作为试验研讨目标。
热膜探头在无自热效应下，热膜探头电阻随环境温度改变联系如图2 所示。
由热膜探头静态温度特性曲线树立热膜探头电阻r t 与环境温度t 之间的联系：
工业上选用薄膜铂电阻作为测温元件，主要是运用铂电阻在无自热效应前提下r t- t 特性，一般情况下经过铂电阻的电流不大于1 ma。本文是运用薄膜铂电阻作为加热元件，通以较大的电流，运用其本身的热效应，使铂膜探头到达必定的作业温度，作为丈量气体流量灵敏元件。
将热膜探头在不同试验条件下（ u= 0 和u ≠0）通以相同的电流（ i = 70 ma），其电阻rt 与环境温度t 间联系如图3 所示。
热膜探头在静态的试验条件下（ u= 0），对热膜探头通以不同的作业电流，其电阻r t 与环境温度t 间联系如图4 所示。
经过对图3、图4 剖析，能够得出：热膜探头作业在恒流状况下，其电阻随环境温度的改变而近乎线性的改变，即热膜探头作业温度与环境温度之差$t 根本坚持不变。热膜探头在不同工况下由其逼迫对流形成的热耗散不随环境温度的改变而改变。如对选用的热膜探头由逼迫对流形成的热耗散约为31 mw。热膜探头作业温度随作业电流的增大而添加。如在环境温度为20℃ 下，i = 50 ma 时，热膜探头作业温度约为77℃ ; i = 70 ma 时，热膜探头作业温度约为142℃ ; i = 90 ma 时，热膜探头作业温度约为256℃。所以咱们能够经过挑选热膜探头的作业电流来确认热膜探头的作业温度。
2 多点测验办法剖析
多点热式气体质量流量计主要是在管道的横截面直径方向上安置多个传感元件，用以检测管道截面内不同点上的气体流量， 如图5 所示。
多点热式气体质量流量测验办法是根据均速管流量计测速原理［3，4］。行将管道截面分红面积持平的几部分，测出每一部分的特征点质量流速，并以该特征点质量流速代表这部分的均匀质量流速。将该质量流速乘以这部分的面积，得到经过该小块面积的质量流量。再把每一小块面积的质量流量累加起来，便是经过整个管道的质量流量。多点测验办法的关键是怎么确认特征点的方位和散布数量。选用等环面法、切比雪夫法、对数线性法规划多点检测传感器。选取试验管道半径r = 30 mm，规划将圆管截面两等分，以管道中心为原点，规划多点检测杆特征点散布示意图如图6 所示。
根据参考文献［5~ 6］给出的三种办法的特征点的值，顺次核算出多点检测传感器特征点在不同测验办法下的散布方位如表1 所示：
3 温度校对
热式气体质量流量计的作业原理是树立在热膜探头与被测流体间的逼迫对流换热的基础上。其输出信号的巨细不只与质量流量有关，并且还与被测介质温度有关［1］。因而当丈量环境下贱体温度与标守时流体温度不一起，将直接影响丈量成果的准确性， 因而有必要对热式气体质量流量计进行温度校对。
热式气体质量流量计常用的温度校对的办法能够分为两类：剖析校对法和主动校对法。
剖析校对法，即需求一个独立的温度传感器检测环境温度t a，然后将t a 刺进到挑选的热传递联系式中。在这种办法中，热膜探头作业在恒阻状况下。跟着核算机和微电子技术的运用和开展，现在有关热式质量流量计的温度校对大部分选用的是剖析校对法［ 7，8 。剖析校对的关键是确认热膜风速计的热传递联系式，即输出信号与风速和温度的函数联系。现在有关风速计温度校对方面的研讨根本上都是确认热传递公式［ 7~ 9］ 。
主动校对法，即在惠登斯电桥中参加一个温度传感器，对环境温度改变主动进行补偿。此刻热膜探头作业在非恒阻状况下。选用的主动校准办法是将惠登斯电桥中与热膜探头相对的桥臂电阻改成包括补偿电阻的串并联电路，图7 所示。其间的rc为具有正温度系数的铂电阻，将其安放在与热膜探头rw 相同的流场中。
补偿电路规划的根据是热膜探头的温度特性和补偿铂电阻的电阻温度参数。为了使传感器输出不随环境温度改变，理论上应满意在任何环境温度下：
表2 给出了多点热式气体质量流量计无温度校对和别离选用剖析校对及主动校对后的试验数据。其间，剖析校对输出对应同一组温度值，主动校对输出对应另一组温度值。
热式质量流量传感器的温度漂移可分为零点温度漂移和灵敏度温度漂移［10］。零点温漂即传感器停止状况时的输出由温度改变引起的漂移，用tcr表明， 见式（3）; 灵敏度温漂即传感器必定流量状况时的输出由温度改变引起的漂移，用t cs 表明，见式（4）。
表3 给出了对多点热式质量流量计进行温度校对前后成果剖析。
4 输出信号校准
现在热式气体质量流量计特性曲线拟合主要有三种办法，即幂律拟合、扩展幂律拟合和多项式拟合。本文选用四次多项式拟合进行剖析。多点热式气体质量流量计四次多项式拟合公式能够表明为
5 不确认度剖析
多点热式气体质量流量计丈量差错由随机差错和体系差错组成。随机差错如信号调度电路的噪音等; 体系差错如标定差错、线性化差错、信号调度电路的差错、被测流体温度引起的丈量差错等。其间信号调度电路的噪音、信号调度电路的差错比其他差错小一个数量级，可作为细小差错疏忽［12~ 13］。多点热式气体质量流量计的不确认度剖析见本文最终的表5。
6 结束语
（ 1） 铂膜电阻作为流量传感器运用（ 较大的加热作业电流） 时，在不同工况条件下，其电阻温度特性仍然具有杰出的线性; 在恒流作业时，其作业温度与环境温度的差值根本稳定。
（ 2） 无温度校对时热式质量流量计的输出信号有较大的温度漂移，选用温度校对后，显着改进了体系的温漂，取得了较好的作用。一起，针对本文选用的温度校对办法，主动校对法的温度校对作用要优于剖析校对法。
（ 3） 多点热式气体质量流量测验办法能够改进某些单点丈量中呈现的较大差错，一起取得了较好的丈量精度。
