基于Fuzzy-PI双模无扰切换控制的热式气体质量流量计的制作方法

本发明属热式气体质量流量计技术范畴。特指基于恒温差fuzzy-pi无扰控制，采用环形均流板，速度/温度传感器位于上/下测量孔的热式气体质量流量计。

背景技术：

随着科学技术的进步和流程工业自动化程度的提高，流量测量的要求越来越高。流量测量历史悠久，可追溯至古埃及人对尼罗河水的观测；现代意义下的流量测量则始于1738年，第一伯努利方程为基石的差压流量测量法。流量计按测量原理可分为：差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计和质量式流量计；热式气体质量流量计隶属质量式流量计。

热式气体质量流量计起源20世纪初的热线风速仪(hot-wireanemometer)。美国托马斯率先设计完成热式气体质量流量计(thermalgasmassflowmeter，简称tgf)；因流量计传感器与气体直接接触，存在腐烛、磨损和防爆等问题，工业应用受限；故接触式气体质量流量计已逐步被非接触式的热膜气体质量流量计取代。热式气体质量流量计基于传热原理，即基于管道内流体与流量传感器之间的热量交换机理测量流量。利用热量传递、转移效应的流量计称为热分布式气体质量流量计；利用热量消散效应的流量计为浸入式气体质量流量计。根据实现电路的不同，浸入式气体质量流量计进一步细分为：恒功率(电流)和恒温差热式气体质量流量计；本文定位主流的恒温差热式气体质量流量计，以下简称热式气体质量流量计。热式气体质量流量计涉及四种热量交换方式：强迫对流、自然对流、导热和辐射传热，且以强迫对流传热为主。知名的热式气体质量流量计厂家有：美国brooks、fci(1964年，率先推出热式流量开关)、日本hitachi、德国bosch等；以及上海华强仪表、昆明埃里伯特等。

热式气体质量流量计成本低廉，原理和结构简单，无可动部件，压力损失小，测量范围大；由于国产热式气体质量流量计的误差机理研究不足，存在测量精度欠佳的短板。补短板是一项系统工程，包括传感器的结构优化、补偿方法的改进、信号处理算法的研究，本文从流量计误差的源由切入，探索消除或减少误差的应对之策。

热式气体质量流量计的理论模型如下式所示：

式中，qm为质量流量；ih为速度传感器的加热电流，rh为速度传感器的电阻，th为速度传感器的温度；tl0为被测气体的温度，tl为流量计温度传感器测得的被测气体温度(式中未出现)，工程中用tl近似tl0；a、b为经验常数。

目前，电桥温度补偿是恒温差热式气体质量流量计主要的温度补偿方法，所谓的温度补偿是对被测量气体所在管道环境温度变化的补偿。电桥温度补偿法借助补偿电阻rl，实现惠斯顿电桥自身的平衡；从而达到电桥测量电路的输出只与被测气体的流速有关，而与被测气体的温度无关。换言之，热式气体质量流量计模型的成立有一个假设，假设补偿电阻rl的温度tl＝被测气体的温度tl0；假设过于理想，温度传感器测得的气体温度tl＞被测气体的温度tl0，温度传感器测得的温度tl实际上是补偿电阻rl的温度；tl＞tl0，导致热式气体质量流量计的精度下降。tl≠tl0的原因有二：1、温度传感器的补偿电阻rl紧邻速度传感器的速度电阻rh，加热元件rh为高温源，rh的高温影响补偿电阻rl，使温度tl较被测气体的温度tl0略高。2、惠斯顿电桥的速度桥臂比ra/rh＝温度桥臂比rb/rl，通常取rb＞ra、rl＞rh；电桥平衡时，流经速度桥臂ra、rh的电流iah＞流经温度桥臂rb、rl的电流ibl；虽电流ibl＜iah，但ibl流经rl产生热量将推高rl的温度tl进一步偏高被测气体的温度tl0。

设置补偿电阻rl的惠斯顿电桥本质上是一种模拟电路温度补偿技术，故具有简单方便的优点。另一方面，模拟电路温度补偿技术存在无法克服的固有缺陷：首先，模拟电路受补偿电阻非线性、元器件精度的限制；无法实现精准的理想补偿，故温度补偿精度有限。其次，模拟电路一旦搭建好，各元器件固定，补偿模型也固定，又需对每台热式气体质量流量计的电路单独调试；故不仅补偿操作繁琐、耗时，而且缺乏灵活性和测量数据的一致性。如上所述，理想的电桥温度补偿要求温度补偿电阻rl的温度tl＝被测气体的温度tl0；当且仅当rl不被加热，rl温度tl＝被测气体温度tl0，即tl＝tl0成立。现有的电桥补偿电路出于tl≈tl0的考量，取rb＞ra、rl＞rh，电路设计受限；电阻越大带来噪声增加，且rb和ra取值悬殊对生产和应用不便。若电桥设计补偿电阻取值不影响温度补偿，电路设计上有优势；例如，rb和ra选用同型号电阻，对提高生产效率和测量数据一致性、降低备品备件均有意义。

被测气体流速的非均匀分布特性亦影响热式气体质量流量计的精度。被测气体沿所在管道流动，被测气体在管道轴截面上各点的流速分布服从：层流状态下，流速分布以圆管管道中心呈对称的抛物面；湍流状态下，流速分布以圆管管道中心呈对称的指数曲面。如何确定速度传感器和温度传感器的安装位置，或速度传感器和温度传感器的插入深度，使速度传感器位置处的流速能正确地表征被测气体的质量流量，时至今日尚无令人满意的答案。借鉴速度面积法的三种基本方法：等环面法、切比雪夫积分法和对数线性法，确定速度传感器和温度传感器的安装位置，提高热式气体质量流量计精度的成效有限。分析误差的源由是基础，补全测量精度欠佳的短板是目标。

目标1，tl→tl0，thl＝th－tl0＝constant；提高热式气体质量流量计的测量精度。优化传感器结构，速度和温度传感器位于测量杆的上/下测量孔，速度电阻rh高温源在上、补偿电阻rl在下；减少速度电阻rh高温对补偿电阻rl的影响，tl→tl0。掘弃电桥温度补偿电路，设计独立的被测气体的温度测量模块；使流经rl的ibl↓，产生的热量tl→tl0；同时，消除rb和ra的取值约束，提升电路的一致性。研究恒温差fuzzy-pi无扰切换双模控制取代电桥模拟电路的温度补偿，实现thl＝th－tl0＝constant。目标2，消减被测气体流速的非均匀分布特性对测量精度的负面影响。被测气体的管道上设置环形均流板，流量计测量杆位于环形均流板之后；温度传感器的补偿电阻rl位于测量杆底部的测量孔，速度传感器的速度电阻rh位于测量杆中部的测量孔，两孔相距l≈1/3d(d为管道直径)；速度传感器位置处的流速可正确地表征被测气体的质量流量。热式气体质量流量计较有代表性的知识产权成果综述如下：

·发明专利“恒流法热式气体质量流量计及其测量方法”(zl2014103018810)，提出恒流法热式气体质量流量计，传感器由速度/温度探头铂热电阻rw/rc，及两个基准电阻ra、rb组成，输出四路电压信号。

·发明专利“基于msp430的多传感器热式气体流量测量电路”(zl2012104196642)，提出组合热膜探头作为气体流量传感器，采用多传感器融合算法；测量电路由四部分组成：反馈电路、四路传感元件连接而成的电桥传感器、电压转换电路和单片机。

上述相关知识产权的探索有参考价值，但成果仍存在局限；有必要作进一步的创新设计。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于fuzzy-pi双模无扰切换控制的热式气体质量流量计。

基于fuzzy-pi双模无扰切换控制的热式气体质量流量计，流量计由流量计测量杆、安装在流量计测量杆上的温度传感器恒流源模块、温度传感器模块、温度传感器信号调理模块、速度传感器pwm驱动模块、速度传感器模块、速度传感器信号调理模块、信号处理和主控模块、环形均流板组成；在温度传感器恒流源模块的作用下，温度传感器模块的补偿电阻rl、精密电阻rb输出电压vl和vbl，电压vl和vbl经温度传感器信号调理模块输出至信号处理和主控模块；在速度传感器pwm驱动模块的驱动下，速度传感器模块的速度电阻rh、精密电阻ra输出电压vh和vah，电压vh和vah经速度传感器信号调理模块输出至信号处理和主控模块；信号处理和主控模块根据电压vl，vh、vah，推算补偿电阻rl阻值、速度电阻rh阻值、温度传感器的温度tl、速度传感器的温度th，并根据thl＝th－tl0≈th－tl的恒温差要求，基于fuzzy-pi双模无扰切换控制算法生成pwm控制信号，调节速度传感器pwm驱动模块的输出，tl0为被测气体的温度；

被测气体的管道上设置环形均流板，被测气体经过环形均流板整流，使气流在管道轴截面上的各点速度分布均匀，流量计测量杆位于环形均流板之后；流量计测量杆上设置两个矩形测量通孔，两孔相距l≈1/3d，d为管道直径；补偿电阻rl位于测量杆底部的测量孔，速度电阻rh位于测量杆中部的测量孔，被测气体流经测量孔；两个矩形测量通孔用隔热的聚四氟乙烯隔离，阻断补偿电阻rl和速度电阻rh的热传导。

所述的温度传感器模块的电路包括串联的精密电阻rb和补偿电阻rl；精密电阻rb的另一端与端子point_is、point_vbl1相连，输出电压vbl，温度传感器恒流源模块的输出与端子point_is相连；补偿电阻rl的另一端接地，精密电阻rb和补偿电阻rl的串联点与端子point_vl1相连，输出电压vl；速度传感器模块的电路包括串联的精密电阻ra和速度电阻rh；精密电阻ra的另一端与端子point_pwm2、point_vah1相连，输出电压vah，速度传感器pwm驱动模块的输出与端子point_pwm2相连；速度电阻rh的另一端接地，精密电阻ra和速度电阻rh的串联点与端子point_vh1相连，输出电压vh；补偿电阻rl和速度电阻rh为同阻值pt20铂电阻，精密电阻rb和ra选同型号同阻值的电阻；恒温差thl＝th－tl0设定100℃。

所述的温度传感器恒流源模块以mc1403基准电压芯片、cd4051八选一模拟开关芯片、xtr110电压电流转换芯片为核心；mc1403脚1接vcc，脚3接地，脚2与cd4051脚13相连；cd4051脚14、10、9接地，脚11与端子point_switch相连，脚3与xtr110脚5相连；xtr110脚2、3、4、9接地，脚12和15相连，脚16、36v、电阻rext的一端相连，脚13、电阻rext的另一端、场效应管g的源极相连，脚14与场效应管g的栅极相连，场效应管g的漏极与端子point_is相连；温度传感器模块停测状态时，信号处理和主控模块输出高电平信号至端子point_switch，模拟开关cd4051选通接地的x1输入端，场效应管g的漏极无电流输出至端子point_is，即无电流输出至温度传感器模块的补偿电阻rl，也不产生热量温度传感器模块测量状态时，信号处理和主控模块输出低电平信号至端子point_switch，模拟开关cd4051选通x0通道，mc1403基准电压芯片提供的2.5v经x0、x输出至场效应管g的栅极，场效应管g的漏极电流输出至端子point_is，即输出至温度传感器模块的补偿电阻rl；场效应管g的漏极电流为恒流源，恒流值ibl＝0.5/rext，rext取值使ibl《iah，iah为流经ra的电流；

速度传感器pwm驱动模块以三极管q410、三极管q420为核心；q410的发射极接地，基极经电阻r410与端子point_pwm1相连，集电极经电阻r420与q420基极相连；q420的发射极接7.5v，集电极与端子point_pwm2相连；信号处理和主控模块输出pwm控制信号至端子point_pwm1，高电平时q410、q420三极管均导通，低电平时q410、q420三极管均截止，pwm驱动信号经端子point_pwm2至速度传感器模块，控制速度电阻rh的温度th。

所述的温度传感器信号调理模块包括并列的第1温度传感器信号调理模块、第2温度传感器信号调理模块；第1温度传感器信号调理模块为滤波电容c311，c311的一端接地，c311的另一端与端子point_vl1、point_vl2相连；第2温度传感器信号调理模块包括串联的分压电阻r321、r322、滤波电容c321；r321、r322串联，r322的另一端与端子point_vbl1相连，c321的一端、r321和r322的串联点与端子point_vbl2相连，c321和r321的另一端接地；

速度传感器信号调理模块包括并列的第1速度传感器信号调理模块、第2速度传感器信号调理模块；第1速度传感器信号调理模块包括串联的分压电阻r611、r612，以及两级rc滤波电路：电阻r613电容c611，电阻r614电容c612；r611、r612串联，r612的另一端与端子point_vh1相连，r611和r612的串联点经电阻r613与电阻r614的一端、电容c611的一端相连，电阻r614的另一端与电容c612的一端、端子point_vh2相连，电阻r611的另一端、电容c611和c612的另一端接地；第2速度传感器信号调理模块与第1速度传感器信号调理模块类同，与输入端子point_vah1、输出端子point_vah2相连。

所述的信号处理和主控模块以stm32f103cb微控制器芯片为核心；stm32f103cb的脚23与端子point_pwm1相连，输出pwm控制信号至速度传感器pwm驱动模块，控制三极管q410的导通/截止；stm32f103cb的脚24与端子point_switch相连，输出低/高电平控制信号至温度传感器恒流源模块，控制模拟开关cd4051选通x0/x1通道；stm32f103cb的脚15、16分别与端子point_vl2、point_vbl2相连，分别采集温度传感器模块补偿电阻rl、精密电阻rb经温度传感器信号调理模块调理后的vl、vbl；stm32f103cb的脚17、18分别与端子point_vh2、point_vah2相连，分别采集速度传感器模块速度电阻rh、精密电阻ra经速度传感器信号调理模块调理后的vh、vah；信号处理和主控模块根据电压vl，电压vh、vah，推算补偿电阻rl阻值、速度电阻rh阻值、温度传感器的温度tl、速度传感器的温度th，并根据thl＝th－tl0的恒温差要求，实施fuzzy-pi双模无扰切换控制；根据公式(1)求质量流量qm。

所述的恒温差fuzzy-pi双模无扰切换控制算法：thl0为恒温差的给定值，δthl＝thl－thl0为被控变量的偏差，δthl_threshold为被控变量的偏差阈值；th为速度传感器的温度；tl0为被测气体的温度，tl为流量计温度传感器测得的被测气体温度，工程中用tl近似tl0；热式气体质量流量计开机时自检，测量时定时进行温度传感器恒流源的故障诊断；

fuzzy-pi双模无扰切换控制系统包括4个单元：fuzzy控制单元、pi控制单元、fuzzy-pi判别单元、无扰切换单元；fuzzy-pi判别单元根据δthl绝对值的大小：若abs(δthl)≥δthl_threshold，选择fuzzy控制单元，若abs(δthl)＜δthl_threshold，选择pi控制单元；fuzzy控制单元或pi控制单元的输出至无扰切换单元，无扰切换单元跟踪fuzzy-pi双模控制算法的输出值，通过限制输出量u的改变量δu实现无扰切换。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

气体温度测量时供电和rext取值，使流量计测得的气体温度偏离气体温度min；补偿/速度电阻位于测量杆底/中部的测量孔，减少后者高温对前者的影响；设环形均流板，改善气流分布的均匀性；三者促成流量测量精度的提高。fuzzy-pi双模控制兼顾气体温度快/慢变化对恒温差的要求，双模切换抖动通过限制控制量的改变量δu方法实现无扰切换。补偿/速度电阻为同阻值铂电阻，精密电阻选同型号同阻值电阻；简化了生产；挖掘补偿电阻的电压电流数据，提供流量计的自检和故障诊断功能。

附图说明

图1(a)是热式气体质量流量计的原理框图；

图1(b)是热式气体质量流量计的安装图；

图2是温度和速度传感器模块的电路图；

图3(a)是温度传感器恒流源模块的电路图；

图3(b)是速度传感器pwm驱动模块的电路图；

图4是温度和速度传感器信号调理模块的电路图；

图5是信号处理和主控模块的电路图；

图6是恒温差fuzzy-pi双模无扰切换控制算法的原理图。

具体实施方式

如图1(a)、图1(b)所示，基于fuzzy-pi双模无扰切换控制的热式气体质量流量计由流量计测量杆、安装在流量计测量杆上的温度传感器恒流源模块100、温度传感器模块200、温度传感器信号调理模块300、速度传感器pwm驱动模块400、速度传感器模块500、速度传感器信号调理模块600、信号处理和主控模块700、环形均流板800组成；在温度传感器恒流源模块100的作用下，温度传感器模块200的补偿电阻rl、精密电阻rb输出电压vl和vbl，电压vl和vbl经温度传感器信号调理模块300输出至信号处理和主控模块700；在速度传感器pwm驱动模块400的驱动下，速度传感器模块500的速度电阻rh、精密电阻ra输出电压vh和vah，电压vh和vah经速度传感器信号调理模块600输出至信号处理和主控模块700；信号处理和主控模块700根据电压vl，vh、vah，推算补偿电阻rl阻值、速度电阻rh阻值、温度传感器的温度tl、速度传感器的温度th，并根据thl＝th－tl0≈th－tl的恒温差要求，基于fuzzy-pi双模无扰切换控制算法生成pwm控制信号，调节速度传感器pwm驱动模块400的输出，tl0为被测气体的温度；

被测气体的管道上设置环形均流板800，被测气体经过环形均流板800整流，使气流在管道轴截面上的各点速度分布均匀，流量计测量杆位于环形均流板800之后；流量计测量杆上设置两个矩形测量通孔，两孔相距l≈1/3d，d为管道直径；补偿电阻rl位于测量杆底部的测量孔，速度电阻rh位于测量杆中部的测量孔，被测气体流经测量孔；两个矩形测量通孔用隔热的聚四氟乙烯隔离，阻断补偿电阻rl和速度电阻rh的热传导。

说明1：获取tl、th，需采集电压vl、vh和vah，才能进行v→r→t的推算过程。采集电压vbl，用途有二：温度传感器恒流源模块100的故障诊断，以及热式气体质量流量计的自检。

如图2所示，温度传感器模块200的电路包括串联的精密电阻rb和补偿电阻rl；精密电阻rb的另一端与端子point_is、point_vbl1相连，输出电压vbl，温度传感器恒流源模块100的输出与端子point_is相连；补偿电阻rl的另一端接地，精密电阻rb和补偿电阻rl的串联点与端子point_vl1相连，输出电压vl；速度传感器模块500的电路包括串联的精密电阻ra和速度电阻rh；精密电阻ra的另一端与端子point_pwm2、point_vah1相连，输出电压vah，速度传感器pwm驱动模块400的输出与端子point_pwm2相连；速度电阻rh的另一端接地，精密电阻ra和速度电阻rh的串联点与端子point_vh1相连，输出电压vh；补偿电阻rl和速度电阻rh为同阻值pt20铂电阻，精密电阻rb和ra选同型号同阻值的电阻；恒温差thl＝th－tl0设定100℃。

说明2：本文掘弃了惠斯顿电桥温度补偿的电路结构，设计独立的被测气体温度测量电路；但温度测量电路仍沿袭电桥温度补偿电路的术语和符号。

如图3(a)、图3(b)所示，温度传感器恒流源模块100以mc1403基准电压芯片、cd4051八选一模拟开关芯片、xtr110电压电流转换芯片为核心；mc1403脚1接vcc，脚3接地，脚2与cd4051脚13相连；cd4051脚14、10、9接地，脚11与端子point_switch相连，脚3与xtr110脚5相连；xtr110脚2、3、4、9接地，脚12和15相连，脚16、36v、电阻rext的一端相连，脚13、电阻rext的另一端、场效应管g的源极相连，脚14与场效应管g的栅极相连，场效应管g的漏极与端子point_is相连；温度传感器模块200停测状态时，信号处理和主控模块700输出高电平信号至端子point_switch，模拟开关cd4051选通接地的x1输入端，场效应管g的漏极无电流输出至端子point_is，即无电流输出至温度传感器模块200的补偿电阻rl，也不产生热量温度传感器模块200测量状态时，信号处理和主控模块700输出低电平信号至端子point_switch，模拟开关cd4051选通x0通道，mc1403基准电压芯片提供的2.5v经x0、x输出至场效应管g的栅极，场效应管g的漏极电流输出至端子point_is，即输出至温度传感器模块200的补偿电阻rl；场效应管g的漏极电流为恒流源，恒流值ibl＝0.5/rext，rext取值使ibl《iah，iah为流经ra的电流；

速度传感器pwm驱动模块400以三极管q410、三极管q420为核心；q410的发射极接地，基极经电阻r410与端子point_pwm1相连，集电极经电阻r420与q420基极相连；q420的发射极接7.5v，集电极与端子point_pwm2相连；信号处理和主控模块700输出pwm控制信号至端子point_pwm1，高电平时q410、q420三极管均导通，低电平时q410、q420三极管均截止，pwm驱动信号经端子point_pwm2至速度传感器模块500，控制速度电阻rh的温度th。

说明3：当且仅当测量被测气体温度时，cd4051模拟开关才选通测量温度传感器模块200的恒流源电源，补偿电阻rl通电时间min，测量电流加热min。

如图4所示，温度传感器信号调理模块300包括并列的第1温度传感器信号调理模块310、第2温度传感器信号调理模块320；第1温度传感器信号调理模块310为滤波电容c311，c311的一端接地，c311的另一端与端子point_vl1、point_vl2相连；第2温度传感器信号调理模块320包括串联的分压电阻r321、r322、滤波电容c321；r321、r322串联，r322的另一端与端子point_vbl1相连，c321的一端、r321和r322的串联点与端子point_vbl2相连，c321和r321的另一端接地；

速度传感器信号调理模块600包括并列的第1速度传感器信号调理模块610、第2速度传感器信号调理模块620；第1速度传感器信号调理模块610包括串联的分压电阻r611、r612，以及两级rc滤波电路：电阻r613电容c611，电阻r614电容c612；r611、r612串联，r612的另一端与端子point_vh1相连，r611和r612的串联点经电阻r613与电阻r614的一端、电容c611的一端相连，电阻r614的另一端与电容c612的一端、端子point_vh2相连，电阻r611的另一端、电容c611和c612的另一端接地；第2速度传感器信号调理模块620与第1速度传感器信号调理模块610类同，与输入端子point_vah1、输出端子point_vah2相连。

说明4：本文设计独立的被测气体温度测量模块和速度电阻rh温度测量模块；输出电压vl、vbl，vh、vah。因变量符号过多易造成混乱，在不产生歧义的前提下，电压vl、vbl经温度传感器信号调理模块300调理后的电压，vh、vah经速度传感器信号调理模块600调理后的电压，仍记作vl、vbl，vh、vah。

如图5所示，信号处理和主控模块700以stm32f103cb微控制器芯片为核心；stm32f103cb的脚23与端子point_pwm1相连，输出pwm控制信号至速度传感器pwm驱动模块400，控制三极管q410的导通/截止；stm32f103cb的脚24与端子point_switch相连，输出低/高电平控制信号至温度传感器恒流源模块100，控制模拟开关cd4051选通x0/x1通道；stm32f103cb的脚15、16分别与端子point_vl2、point_vbl2相连，分别采集温度传感器模块200补偿电阻rl、精密电阻rb经温度传感器信号调理模块300调理后的vl、vbl；stm32f103cb的脚17、18分别与端子point_vh2、point_vah2相连，分别采集速度传感器模块500速度电阻rh、精密电阻ra经速度传感器信号调理模块600调理后的vh、vah；信号处理和主控模块700根据电压vl，电压vh、vah，推算补偿电阻rl阻值、速度电阻rh阻值、温度传感器的温度tl、速度传感器的温度th，并根据thl＝th－tl0的恒温差要求，实施fuzzy-pi双模无扰切换控制；根据公式(1)求质量流量qm。

说明5：己知精密电阻rb、ra阻值，恒流值ibl＝0.5/rext；测精密电阻ra压降，获流经ra电流iah；测补偿电阻rl、速度电阻rh压降，获补偿电阻rl、速度电阻rh阻值；从补偿电阻rl、速度电阻rh阻值，查pt20铂电阻rl、rh对应的tl、th。已知补偿电阻rl和速度电阻rh为同阻值pt20铂电阻，精密电阻rb和ra为同型号同阻值的电阻，补偿电阻rl和精密电阻rb的恒流源ibl＝0.5/rext；故开机/故障诊断时，测精密电阻rb压降，可进行温度传感器恒流源模块100的自检/故障诊断；开机时因tl＝th，测精密电阻ra压降、速度电阻rh压降，可推算速度电阻值，与补偿电阻rl比对可进行自检(rh高温易损)。

如图6所示，热式气体质量流量计采用恒温差fuzzy-pi双模无扰切换控制算法：thl0为恒温差的给定值，δthl＝thl－thl0为被控变量的偏差，δthl_threshold为被控变量的偏差阈值；th为速度传感器的温度；tl0为被测气体的温度，tl为流量计温度传感器测得的被测气体温度，工程中用tl近似tl0；热式气体质量流量计开机时自检，测量时定时进行温度传感器恒流源的故障诊断；

fuzzy-pi双模无扰切换控制系统包括4个单元：fuzzy控制单元710、pi控制单元720、fuzzy-pi判别单元730、无扰切换单元740；fuzzy-pi判别单元730根据δthl绝对值的大小：若abs(δthl)≥δthl_threshold，选择fuzzy控制单元710，若abs(δthl)＜δthl_threshold，选择pi控制单元720；fuzzy控制单元710或pi控制单元720的输出至无扰切换单元740，无扰切换单元740跟踪fuzzy-pi双模控制算法的输出值，通过限制输出量u的改变量δu实现无扰切换。

说明6：鉴于热式气体质量流量计的测量对象(被测气体)存在温度缓慢变化和快速变化两种工况，故设计fuzzy-pi双模无扰切换算法兼顾不同工况对控制的要求。双模控制切换时存在抖动现象，可设计滑模曲线解决；但考虑到温度对象的大时间常数，模型相对简单，故采用限制控制量变化率的简单方法解决。fuzzy、pi控制属公知知识范畴，本文只提及不展开论述。