熱式質量流量計的原理是通過溫度和傳熱量來計算流體的質量流量。其中溫度探頭的溫度測量是核心關鍵參數。我們知道理論上溫度探頭測試到的溫度，應該與來流工況實時匹配，但是實際情況卻往往不是這樣。其主要原因是溫度探頭擁有質量，所以有熱容，整個探頭的能量平衡實際上遵循這樣一個規律，溫度探頭獲得的能量變化量，等于對流換熱量與加熱量之差。
即可以用下式來表示：

其中是指探頭溫度的能量變化量，它直接導致了探頭溫度的變化，可以用下式表示：

其中c是指探頭材料的比熱容，m代表探頭的質量，代表探頭溫度的改變量。我們前邊說到，只有當溫度探頭熱平衡時測量的溫度才能用于準確的流量計算。也就是說當等于時，這個時候探頭的溫度不變。在這種熱平衡狀況下，溫度探頭測量的溫度才是流量計算所需要的有效溫度。

所謂的熱式氣體質量流量計的響應速度就是指從流量變化，到溫度探頭測量溫度的變化量趨于0的時間間隔。從公式16和公式17我們可以看到，假設加熱量和對流換熱因為各種限制（例如，材質和結構強度要求）條件無法大幅變化，材料的比熱容也相差不大的情況下。改變探頭的尺寸能大幅的減少探頭質量，顯著提高溫度探頭的響應速度，從而大幅提高熱式質量流量計的響應速度。需要注意的是，這里的溫度探頭質量，不只是溫度傳感器的質量，也包括與溫度傳感器密切接觸的安裝結構或者封裝結構的質量。

毛細管式熱式質量流量計原理圖    圖5

 毛細管式熱式質量流量計    圖6

硅基熱式流量傳感器芯片應用原理圖 圖7

利用硅基熱式傳感器芯片制作的熱式傳感器    圖8

最近一百年里，為了將熱式溫度探頭的質量縮小已經做了大量的工作。從最開始的熱絲，發展到毛細管，最后是半導體的納米結構，可以說幾乎達到了技術的極致。目前熱絲因其強度太低，容易損壞，同時易受污染，所以除少數科學實驗外已很少使用；毛細管目前是氣體熱式質量流量計的主流做法，特別對于小微氣體流量測量是精度、重復性、響應速度最佳的一種。目前毛細管的尺寸已經小于1毫米，而加熱絲（一般為鉑金絲）直徑已經小于0.2毫米，由于結構與強度的穩定性要求，這個尺寸已趨于極限，最近10年來已沒有顯著進展。半導體納米結構的熱式傳感器（這就是常說的熱式芯片技術）主要用于汽車發動機進氣流量測量等，這些領域對價格和尺寸比較敏感。從微尺度方向設計傳熱結構確實有其優勢，它的響應速度快于毛細管式，極限速度能夠達到0.5秒這個水平（毛細管的極限水平在1秒左右），這也基本達到了它的技術極限，最近10年沒有明顯進步。
最后我埋個伏筆在這個地方，說說層流原理質量流量計的響應速度。層流原理質量流量計的極限響應速度能夠達到快于1毫秒（相當于1秒的1000分之一），所以其響應速度遠遠高于熱式，具體原理我們將在下一期詳細介紹。