热式质量流量计的原理是通过温度和传热量来计算流体的质量流量。其中温度探头的温度测量是核心关键参数。我们知道理论上温度探头测试到的温度，应该与来流工况实时匹配，但是实际情况却往往不是这样。其主要原因是温度探头拥有质量，所以有热容，整个探头的能量平衡实际上遵循这样一个规律，温度探头获得的能量变化量，等于对流换热量与加热量之差。
即可以用下式来表示：

其中是指探头温度的能量变化量，它直接导致了探头温度的变化，可以用下式表示：

其中c是指探头材料的比热容，m代表探头的质量，代表探头温度的改变量。我们前边说到，只有当温度探头热平衡时测量的温度才能用于准确的流量计算。也就是说当等于时，这个时候探头的温度不变。在这种热平衡状况下，温度探头测量的温度才是流量计算所需要的有效温度。

所谓的热式气体质量流量计的响应速度就是指从流量变化，到温度探头测量温度的变化量趋于0的时间间隔。从公式16和公式17我们可以看到，假设加热量和对流换热因为各种限制（例如，材质和结构强度要求）条件无法大幅变化，材料的比热容也相差不大的情况下。改变探头的尺寸能大幅的减少探头质量，显著提高温度探头的响应速度，从而大幅提高热式质量流量计的响应速度。需要注意的是，这里的温度探头质量，不只是温度传感器的质量，也包括与温度传感器密切接触的安装结构或者封装结构的质量。

毛细管式热式质量流量计原理图    图5

 毛细管式热式质量流量计    图6

硅基热式流量传感器芯片应用原理图 图7

利用硅基热式传感器芯片制作的热式传感器    图8

最近一百年里，为了将热式温度探头的质量缩小已经做了大量的工作。从最开始的热丝，发展到毛细管，最后是半导体的纳米结构，可以说几乎达到了技术的极致。目前热丝因其强度太低，容易损坏，同时易受污染，所以除少数科学实验外已很少使用；毛细管目前是气体热式质量流量计的主流做法，特别对于小微气体流量测量是精度、重复性、响应速度最佳的一种。目前毛细管的尺寸已经小于1毫米，而加热丝（一般为铂金丝）直径已经小于0.2毫米，由于结构与强度的稳定性要求，这个尺寸已趋于极限，最近10年来已没有显著进展。半导体纳米结构的热式传感器（这就是常说的热式芯片技术）主要用于汽车发动机进气流量测量等，这些领域对价格和尺寸比较敏感。从微尺度方向设计传热结构确实有其优势，它的响应速度快于毛细管式，极限速度能够达到0.5秒这个水平（毛细管的极限水平在1秒左右），这也基本达到了它的技术极限，最近10年没有明显进步。
最后我埋个伏笔在这个地方，说说层流原理质量流量计的响应速度。层流原理质量流量计的极限响应速度能够达到快于1毫秒（相当于1秒的1000分之一），所以其响应速度远远高于热式，具体原理我们将在下一期详细介绍。