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热式质量流量计的设计-专注微流体控制技术

在现代工业生产过程中，为有效地进行生产操作和控制，需要测量生产过程中各种介质的物理参数。其中，流体的流量是经常测量和控制的重要参数之一。由于流量测量的复杂性,流量测量仪表已经成为工艺过程检测控制仪表中品种规格最为繁多的一类仪表。热式流量计是利用传热原理直接测量流体质量流量的仪表，目前应用较多的是热分布式热式流量计和热消散式热式流量计。热式流量计能够测量极低流速的微小流量，压力损失小，而且由于没有可动部件，可靠性高。

本文用侵入式加热电阻元件对流动气体进行恒功率加热，利用变化的温度差来测量圆管道内气体质量流量。为了使热式流量计应用于易气化液体的流量测量，本文同时对制冷型热式液体质量流量计进行了研究。主要研究工作概括如下：

1、在详细阅读有关文献的基础上，总结了流量计的发展过程，着重论述了热式质量流量计的种类及其测量原理。

2、阐述了热式流量计测量原理所涉及的流体力学、对流传热和热电制冷等学科的基本概念以及这些物理现象的数学描述和分析方法;推导了恒功率热消散式热式气体流量计和冷型热式液体流量计的流量方程，论证了两种流量测量方法的可行性。

3、针对圆管道内空气流经圆柱形恒功率加热电阻元件这一情形进行了流体仿真实验。仿真实验结果给出了不同空气质量流量下加热元件周围流体的速度和温度分布，直观反映了加热元件对流动产生的影响;研究了发热元件表面流体的速度分布，揭示了由浮升力引起的自然对流对流量测量的影响，给出了测量下限值的仿真结果;并通过仿真实验数据验证了恒功率热消散式热式流量计的流量方程。

4、对恒功率消散式热式气体流量计和制冷型热式液体流量计分别设计了温度信号的测量电路，搭建了基于微控制器的实验平台。提出了用统计方法和均值滤波方法相结合的方式，对采样数据进行软件滤波。通过动态地改变微控制器的节电管理方式和系统时钟频率，可以有效地降低系统运行功耗。

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