微小流量测量现状

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1、微小流量测量现状作者：蔡武昌摘要：传统小流量测量技术节流差压（层流）法、浮子法和容积法等有了卓越的改进，新测量技术如超声法、热法、科里奥利法等也有成效地应用与液体和气体小流量测量。一、前言石油、钢铁等流程工业和供水、电力等公用事业的持续发展，流量测量需求不断增长，推动了各种测量原理流量仪表的研究开发。随着为提高效率推向大型化规模生产，流量仪表也经历了一轮向大口径扩展的变革，如电磁流量计口径最大已经达3m，超声流量计已经能用到5∽10m管道。半导体制造业、生物工程、精细化工等的兴起，使流量测量向低端延伸，小流量计流

2、量的要求在上世纪80∽90年代凸显起来。何谓小流量？业界尚无公认的定义和界限，小流量因应用领域而异是一个模糊的概念。管道小流量测量体现于管径小和流速低两个层次，就流程工业而言，习惯上DN10甚至DN15以下管径流量测量称之小流量测量，通常其流量值液体为1L/min或0.06m³/h以下，流量仪表满度流量时的流速低于0.1m/s。传统小流量测量技术节流差压（层流）法、浮子法和容积法等有了卓越的改进，新测量技术如超声法、热法、科里奥利法等也有成效地应用与液体和气体小流量测量。本文就此作扼要评述。二、微小流量测量特征和

3、仪表类型小流量、微小流量测量很大程度是在半导体制造业需要的激发下获得发展的，从超净气体到纯水、药液的流量和控制。当代食品医药、精细化工及各行业试验工厂定量加液和混合配比，今后生物产业繁多其应用也促进小流量仪表的研发开发。微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。1.雷诺数低流体是黏性的，流体在管内流动，管中心流速最高，管内壁流速为零。速度分布如图所示，流态分为层流流动和紊流流动。雷诺数Re是一个表征流体惯性力和黏性力比的无量纲参数，Re≤2300为层流。一般管道流动均为紊流流动，流量仪表也是针对紊流流动态设计的

4、，而小流量仪表因管径小常处于层流流动（例如管内径6mm,流量0.05L/min，Re为1800或层流/紊流过渡区流态流动，小流量测量受使用中流体黏度变化影响颇大。）2.要用实际使用流体校准液体流量仪表一般用水校准，气体用空气校准。若知道实际测量流体与校准流体间某些物性不同对示值有规律变化时，中大管径流量仪表常以适当系数修正。但有些小流量仪表受黏度等流体物性影响大，须以实际使用流体校准。所幸流量小，用实际使用流体校准难度不大，但在作有害性流体校准时应注意安全和环境污染。1.要求测量时防止污染流体若测量洁净气体和纯水

5、常不允许接触流体的仪表零件材料析出离子，例如半导体制备中仪表不能用金属和玻璃制成，只能用塑料。流体中也不允许混入活动件的磨蚀尘粒。流量仪表流通通道要尽可能简单，不应有潴留部位，防止潴留介质变质。2.气泡和尘埃附着的影响因管径小黏性增加，液体中微细气泡易在管系流动过程中积聚变大，使测量时指示不稳，精确度下降。流体中尘埃附着测量元件也要影响测量值，例如浮子流量计的浮子上沉积有肉眼觉察不出的附着层也会影响示值。3.流量仪表品种使用上受到一定限制在众多测量原理流量仪表中，因各种原因小流量应用受到一些限制，当前能应用于小流

6、量的品种如表格所示。上海康汇实业发展有限公司制造的高精度油耗传感器，该产品是国内唯一取得国家防爆/计量双认证的高科技产品，引进油料管理的高科技手段,安装高精度流量传感器,取得国家防爆和计量认证,实现油料动态数据在线监测,创新管理完善考评和奖惩体系，夯实油田运输公司的可持续发展基础.一、几种小流量测量仪表1.差压式管路中接入差压发生器（节流件），测量其前后产生与流速成比例的压差，以此求取流量。在紊流时差压与流速平方成正比，在层流时与流速成线性关系。小流量测量由层流元件（如瓦楞纸状节流板）组成差压发生器，以保证层流流

7、动，这种差压式仪表也称层流流量计，最小可测流量5mL/min液体。差压变送器内藏喷嘴或孔板也常用作小流量测量，最小可测量15mL/min液体。本类仪表缺点是测量受黏度影响，并易堵塞，有潴留介质部位，接触介质零部件不能全用塑料，应用局限较多。2.浮子流量计它利用浮子在垂直锥形管内随着流量大小上下浮动改变流通面积，以浮子高度测定测量。若锥形度小，浮子密度和被测液体密度接近，满度流量可小至10Ml/min;2mm直径球形浮子仪表最小可大0.16Ml/min。结构简单易制成全塑料仪表，应用于纯水、洁净气体，但只是通过透明

8、锥形管读取流量值，无输出信号作配比等流量控制。日本曾发表可发信的小流量浮子流量计，称做（Semiflow）流量计，如图所示，浮子延伸下端为永久磁铁7，由磁敏元件10检出其位置。位置与输出信号关系如图所示。接触液体部件均由氟塑料制成。最小规格的满度流量为30mL/min，范围度5:1，测量精度为±6%FS。1.容积式流量计小流量容积式流量计常见的有圆柱齿轮式和椭圆齿轮式仪表