微流量計量方法的探討

李紫璇,王彥程(吉林省計量科學(xué)研究院，吉林 長春 130000)

根據(jù)對微尺度擴散燃燒實驗的研究，我們已經(jīng)初步了解到有關(guān)微火焰的各方面特性，隨著實驗過程的不斷進(jìn)行，我們意識到探究如何精確測量微流量將是整個實驗的關(guān)鍵。該實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和微流量的實際供應(yīng)值和計量值之間的誤差大小有著緊密的聯(lián)系，這也是要求精確測量微流量的一個重要原因。微流量相對來說是一個比較新穎的詞語，目前國內(nèi)外對它的研究也都是剛剛起步，但是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和對微流量的理論研究的不斷深入，充分認(rèn)識到了在精確測量微流量上存在的問題和難度，近幾年，通過對微流量測量技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，使其得到了很大的發(fā)展。

1 液體微燃料的計量方法

1.1 科氏質(zhì)量流量計

檢查科式質(zhì)量流量計是否符合要求。

1.1.1 檢定過程中所用到液體為醫(yī)用2級水，為了進(jìn)一步確保實驗過程中液體介質(zhì)的密度相對穩(wěn)定，檢查時務(wù)必保證周圍環(huán)境的溫度相對恒定；

1.1.2 按照要求正確連接流量計；

1.1.3 通電預(yù)熱30min后，保證整個管道中的液體以流量計最大檢定流量的50%以上運行一定的時間，目的就是為了觀察管道的各個部分是否有漏液發(fā)生；

1.1.4 關(guān)閉閥門，使液體停止運行，但必須要保證流量計中充滿液體，流量計的反饋信號穩(wěn)定后就可以進(jìn)行校零；

1.1.5 流量檢定過程要嚴(yán)格按照qmax、0.5qmax、0.2qmax、qmin、qmax順序來進(jìn)行；

1.1.6 檢定或者校準(zhǔn)過程中務(wù)必要確保每個流量點的流量穩(wěn)定度保持在±5%以內(nèi)；

1.1.7 每個流量點的檢定次數(shù)不能低于3次，此外還要保證每次檢定的時間不能低于標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量計規(guī)定的最短測量時間。

1.2 熱式質(zhì)量流量計

檢查熱式質(zhì)量流量計是否符合要求。

1.2.1 檢定過程中所用的液體為醫(yī)用2級水；

1.2.2 在安裝過程中，流量計的前后管道軸線和流量計內(nèi)部測量管的軸線務(wù)必要一樣；

1.2.3 在標(biāo)準(zhǔn)裝置和被檢流量計以及管路連接好的前提下，為了進(jìn)一步防止室內(nèi)環(huán)境大氣壓對實驗造成影響，流量計的下游需維持一定的背壓；

1.2.4 通電預(yù)熱20min后，使得整個管道中的液體能夠以流量計的最大檢定流量的50%以上運行至少5min,目的是檢查整個管路是否有漏液現(xiàn)象。此后，關(guān)閉閥門、流量的檢定點選擇、檢定/校準(zhǔn)及檢定次數(shù)等同上。

1.3 輸液泵檢測儀

檢查輸液泵檢測儀是否符合要求。（1）檢定時所用液體為醫(yī)用2級水；（2）整個裝置的連接需用輸液泵檢測儀出廠標(biāo)配的輸液用軟管；（3）連接管路的軟管一般都沒有專用的閥門，因此在連接整個管路過程中一般都無需裝閥門；（4）檢定次數(shù)同上，每次檢定需要選擇6個流量點，實際檢定需在其穩(wěn)定后才可進(jìn)行。

2 氣體微燃料的計量方法

2.1 定容式流量計

這種流量計的校準(zhǔn)范圍是1x10-3Pa·m3/s-10Pa·m3/s，其不確定度小于1.2%。定容式流量計是一種采用全金屬結(jié)構(gòu)的裝置，其中校準(zhǔn)室是一種圓柱形不銹鋼容器，為了降低吸放氣的干擾程度，借助機械拋光和電化學(xué)拋光進(jìn)行處理容器內(nèi)表面。整個管路連接中所用到的閥門都是全金屬質(zhì)地，各個閥門和連接管道之間的過渡部分都是經(jīng)過機床加工制成，一定程度上避免了因管道焊接而帶來的漏氣現(xiàn)象。此外，校準(zhǔn)室周圍設(shè)計了旁通管道，這樣一方面可以確保測量過程中氣體流量的穩(wěn)定，另一方面利于清洗整個系統(tǒng)。為了更好地實現(xiàn)校準(zhǔn)過程的全自動化，由計算機程序控制整個測量過程。

2.2 恒壓式流量計

恒壓式流量計的校準(zhǔn)范圍是3.96x10-4Pa·m3/s-3.64x 10-8Pa·m3/s。其中在1x10-7Pa· m3/s-1x10-4Pa· m3/s范圍內(nèi)的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.7%.其測量的基本原理是：只要變?nèi)菔覂?nèi)有氣體流入或者流出，變?nèi)菔业娜莘e便會發(fā)生改變，使變?nèi)菔覂?nèi)氣體的壓力保持恒定，根據(jù)測量變?nèi)菔覂?nèi)氣體的壓力、溫度T和體積變化率dV/dt，從而可以進(jìn)一步計算出氣體在溫度(T:一般取23℃)下的流量。

2.3 超聲流量計

超聲波是一種頻率大于20KHz的聲波。超聲波在流體中的傳播速度和流體流動速度有關(guān)，由此可以實現(xiàn)對流量的測量。其中超聲流量計測量的原理：先測量出流體的流速，然后通過Qv=UA關(guān)系式換算出流體的體積流量。流通截面A可以被精確測量到，其主要和管道的狀況和工況有關(guān)。所以超聲流量計的測量目的就是測量流體的流速U。其原理是利用發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，然后使其通過特定的方式穿過流動的流體，換能器將其接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，之后經(jīng)過信號處理得出流體的流速。

3 結(jié)語

近幾年，微型機械設(shè)備制造技術(shù)取得了飛快地發(fā)展，其是微型動力源研究的基礎(chǔ)所在。微流量的計量精度在提高微機電設(shè)備穩(wěn)定性、掌握微火焰的各種燃燒特性以及分析實驗數(shù)據(jù)等方面有著重要的意義。本文簡單介紹了幾種液體、氣體的微流量計量方法，具有一定的參考價值。

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[2]田冠亞,程佳,李文軍等.150mL活塞式液體微小流量計量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2011,30(12):21-24.