微流量計(jì)量方法的探討

李紫璇,王彥程(吉林省計(jì)量科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

根據(jù)對(duì)微尺度擴(kuò)散燃燒實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程的不斷進(jìn)行，我們意識(shí)到探究如何精確測(cè)量微流量將是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和微流量的實(shí)際供應(yīng)值和計(jì)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(cè)量微流量的一個(gè)重要原因。微流量相對(duì)來說是一個(gè)比較新穎的詞語，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)微流量的理論研究的不斷深入，充分認(rèn)識(shí)到了在精確測(cè)量微流量上存在的問題和難度，近幾年，通過對(duì)微流量測(cè)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(jì)量方法

1.1 科氏質(zhì)量流量計(jì)

檢查科式質(zhì)量流量計(jì)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(jí)水，為了進(jìn)一步確保實(shí)驗(yàn)過程中液體介質(zhì)的密度相對(duì)穩(wěn)定，檢查時(shí)務(wù)必保證周圍環(huán)境的溫度相對(duì)恒定；

1.1.2 按照要求正確連接流量計(jì)；

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

1.1.4 關(guān)閉閥門，使液體停止運(yùn)行，但必須要保證流量計(jì)中充滿液體，流量計(jì)的反饋信號(hào)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(gè)流量點(diǎn)的流量穩(wěn)定度保持在±5%以內(nèi)；

1.1.7 每個(gè)流量點(diǎn)的檢定次數(shù)不能低于3次，此外還要保證每次檢定的時(shí)間不能低于標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量計(jì)規(guī)定的最短測(cè)量時(shí)間。

1.2 熱式質(zhì)量流量計(jì)

檢查熱式質(zhì)量流量計(jì)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(jí)水；

1.2.2 在安裝過程中，流量計(jì)的前后管道軸線和流量計(jì)內(nèi)部測(cè)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(jì)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(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響，流量計(jì)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(gè)管道中的液體能夠以流量計(jì)的最大檢定流量的50%以上運(yùn)行至少5min,目的是檢查整個(gè)管路是否有漏液現(xiàn)象。此后，關(guān)閉閥門、流量的檢定點(diǎn)選擇、檢定/校準(zhǔn)及檢定次數(shù)等同上。

1.3 輸液泵檢測(cè)儀

檢查輸液泵檢測(cè)儀是否符合要求。（1）檢定時(shí)所用液體為醫(yī)用2級(jí)水；（2）整個(gè)裝置的連接需用輸液泵檢測(cè)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(gè)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(gè)流量點(diǎn)，實(shí)際檢定需在其穩(wěn)定后才可進(jìn)行。

2 氣體微燃料的計(jì)量方法

2.1 定容式流量計(jì)

這種流量計(jì)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(jì)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(jī)械拋光和電化學(xué)拋光進(jìn)行處理容器內(nèi)表面。整個(gè)管路連接中所用到的閥門都是全金屬質(zhì)地，各個(gè)閥門和連接管道之間的過渡部分都是經(jīng)過機(jī)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(jì)了旁通管道，這樣一方面可以確保測(cè)量過程中氣體流量的穩(wěn)定，另一方面利于清洗整個(gè)系統(tǒng)。為了更好地實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)過程的全自動(dòng)化，由計(jì)算機(jī)程序控制整個(gè)測(cè)量過程。

2.2 恒壓式流量計(jì)

恒壓式流量計(jì)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(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.7%.其測(cè)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(huì)發(fā)生改變，使變?nèi)菔覂?nèi)氣體的壓力保持恒定，根據(jù)測(cè)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(jì)算出氣體在溫度(T:一般取23℃)下的流量。

2.3 超聲流量計(jì)

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(dòng)速度有關(guān)，由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。其中超聲流量計(jì)測(cè)量的原理：先測(cè)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(cè)量到，其主要和管道的狀況和工況有關(guān)。所以超聲流量計(jì)的測(cè)量目的就是測(cè)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(dòng)的流體，換能器將其接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，之后經(jīng)過信號(hào)處理得出流體的流速。

3 結(jié)語

近幾年，微型機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)取得了飛快地發(fā)展，其是微型動(dòng)力源研究的基礎(chǔ)所在。微流量的計(jì)量精度在提高微機(jī)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方面有著重要的意義。本文簡(jiǎn)單介紹了幾種液體、氣體的微流量計(jì)量方法，具有一定的參考價(jià)值。

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