CN101349583A - 微小流量的非定常流测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

微小流量的非定常流测量方法及装置，开始流动时的液位高度为H₁，被测高试件所在位置的高度为H₂，与定常流测量方法等效的条件如下式，其装置中的被测件安装在管状容器的靠近下端的位置处，在管状容器的下端安装一用于排放液体的电磁阀，在管状容器外、高度为H₁的位置处安装上位红外光电传感器，上位红外光电传感器与微型计算机的中断输入口连接，在管状容器外、高度为H₂的位置处安装下位红外光电传感器，下位红外光电传感器与微型计算机的中断输入口连接，上液管的上端与液体储存箱相通，上液管的另一端与管状容器相通，在上液管与在管状容器之间的上液管上安装一上液电磁阀。

Description

微小流量的非定常流测量方法及装置

技术领域

本发明涉及微小流量的测量方法。特别适合于要求被试件处保持微小恒定压力、被试件流量为1000ml/min以下的微小流量的精确测量的场合，如：微小流量仪表标定、不规则加工件配合检查、流体元件泄漏测量、微流体器件性能测量和渗流等领域。

背景技术

流量是工业测量中极其重要的参数，随着工业生产发展的需要，对流量测量的准确度和测量范围的要求越来越高。在微小流量仪表标定、医疗器械加工质量检测、微流体器件性能检测、流体元件检漏、土壤渗流测量和生化防护等行业中，常常要对微小流量(小于1000ml/min)进行测量，为保证测量的可靠性和可比性，一般均采用定常流的方法，如图1所示为定常流方法测量微小流量的原理图，计量管段的截面积为A，被测试件的过流面积为a，测试液体体积为V。测量时，计量管中水头H₀保持为恒值以保证被测试件2处的压差为恒值，故2处的流动为不随时间变化的定常流。为保证H₀为常值，则需计量管上部一直处于溢流状态，测量采用量杯加秒表计时的人工方式，一方面由于进入计量量杯的液体的流动造成的液面扰动，液体的变化量不能通过测量计量量杯液面的变化获得；而另一方面，人工操作增加了操作的不确定性，引起人为测量误。另外由于许多系统要求测试液不能被污染，测试液溢流后不能回收，造成测试液的大量浪费。也可以采用加恒值气压的方法保证2处的压力为恒值，但需要恒值气源，设备复杂，成本高。而现有的流量测量仪表在微小流量范围内或者非线性非常严重，或者价格昂贵；即使能用，也一般均采用接触式测量流量，仪表本身具有压力损失，在要求恒压下精确测量微小流量的场合不能使用。

本发明的目的是提供一种微小流量的非定常流测量方法及装置。

本发明是微小流量的非定常流测量方法及装置，其测量方法与定常流测量方法等效的定常流水头为H₀，装在管状容器中的用于测量的流体体积为V，开始流动时的液位高度为H₁，被测高试件所在位置的高度为H₂，H₂＞H₁，管状容器的的横截面积为A，被测试件的过流面积为a，A＞＞a，其特征在于与定常流测量方法等效的条件为：

$\sqrt{H_0}=\frac{1}{2}(\sqrt{H_1}+\sqrt{H_2})$

实现上述方法的微小流量的非定常流测量装置，有一个盛放用于测量的流体的管状容器12，供液管10的上端液体储存箱6相通，供液管10的下端安装在液体输送泵16上，被测件17安装在管状容器12的靠近下端的位置处，在管状容器12的下端安装一用于排放液体的电磁阀18，在管状容器12外、高度为H1的位置处安装上位红外光电传感器8，上位红外光电传感器8与微型计算机21的中断输入口连接，在管状容器12外、高度为H2的位置处安装下位红外光电传感器13，下位红外光电传感器13与微型计算机21的中断输入口连接，上液管11的上端与液体储存箱6相通，上液管11的另一端与管状容器12相通，在上液管11与在管状容器12之间的上液管11上安装一上液电磁阀15。

本发明专利与技术背景相比，具有以下有益的效果是：与定常流方法相比，用非定常方法进行微小流量的测量，直接测量液面变化并计时，简化了测量过程，降低设备成本；面积适用条件保证了计量液体缓慢流动，避免了剧烈流动和冲击造成的液面扰动；采用了红外光电传感器精确测量液面变化而非人工计时或阀门控制流体通断，避免了人为误差和启停效应造成的不确定度，提高了精度；红外光电传感器所测的液位信号以中断方式进入微机，提高了计时的精确性；计量液体自下而上进入计量管，排除了计量液体中的气泡，进一步提高了测量的精度；测量的压力损失非常小，完全满足恒压测量的要求。

附图说明

图1是微小流量测量的定常流方法示意图；

图2是本发明测量方法的示意图；

图3是实现本发明测量方法的测量装置结构图。

附图标记及对应名称为：定常流计量管1、定常流被测试件2、量杯3、非定常流计量管4、非定常流被测试件5、液体储存箱6、液位控制器7、上位红外光电传感器8、泄漏管9、供液管10、上液管11、计量管12、下位红外光电传感器13、供液电磁阀14、上液电磁阀15、液体输送泵16、被试件17、被试件支座17、放液电磁阀18、废液储存箱19、流量显示报警仪表20、微型计算机21、微型打印机22。

具体实施方式

本发明是微小流量的非定常流测量方法及装置，其测量方法与定常流测量方法等效的定常流水头为H₀，装在管状容器中的用于测量的流体体积为V，开始流动时的液位高度为H₁，被测高试件所在位置的高度为H₂，H₂＞H₁，管状容器的的横截面积为A，被测试件的过流面积为a，A＞＞a，其特征在于与定常流测量方法等效的条件为：

$\sqrt{H_0}=\frac{1}{2}(\sqrt{H_1}+\sqrt{H_2})$

如图2所示为本发明的测量方法的示意图，计量管段的截面积为A，被测试件的过流面积为a，测试液体体积V。测量时，当液面下降到图2中H₁处时开始计时，当液面下降到H₂处时停止计时，将计量管中H₁至H₂段中的体积V(图中测试段体积V)除以计时时间，即得到了平均流量。显然，测试过程中被测试件2处的压差从H₁变为H₂，流动是非定常的。但在面积A和a之间满足上文所述的面积适用条件且水头H₁、H₂与H₀之间满足本发明提出的水头适用条件时，对同一个被测试件，非定常流情况下流完图2中的体积V所用时间和定常流情况下流完图1中体积V所用时间相等，即图2中非定常流测量方法与图1中定常流测量方法是等效的。

如图3所示，为实现上述方法的微小流量的非定常流测量装置，有一个盛放用于测量的流体的管状容器12，供液管10的上端液体储存箱6相通，供液管10的下端安装在液体输送泵16上，泄漏管9的上端安装在液体储存箱6上，泄漏管9的下端安装在废液储存箱19中，被测件17安装在管状容器12的靠近下端的位置处，在管状容器12的下端安装一用于排放液体的电磁阀18，在管状容器12外、高度为H1的位置处安装上位红外光电传感器8，上位红外光电传感器8与微型计算机21的中断输入口连接，在管状容器12外、高度为H2的位置处安装下位红外光电传感器13，下位红外光电传感器13与微型计算机21的中断输入口连接，上液管11的上端与液体储存箱6相通，上液管11的另一端与管状容器12相通，在上液管11与在管状容器12之间的上液管11上安装一上液电磁阀15。

本发明的工作过程如下：

如图3，先精确标定计量管12位于上位红外光电传感器8到下位红外光电传感器13管段内液体体积V。测量开始，打开上液电磁阀15，液体在液体储存箱6液位压力下经由上液管11和阀15自下而上进入计量管12，液体中的气泡自计量管12上端排入大气，上液完成，延时几秒后关闭上液电磁阀15；打开被试件17下的放液电磁阀18，则计量管12中的液体通过被试件17的泄流缝隙泄漏，计量管12中液体液位缓慢下降，当12中液位下降到上位红外光电传感器8时，上位红外光电传感器8发出信号给微型计算机21的中断输入口，微型计算机21立即开始计时，当计量管12中液位下降到下位红外光电传感器13时，下位红外光电传感器13发出信号给微型计算机21的中断输入口，微型计算机21停止计时，则所测流量为计量液体体积V除以计时时间T。微机21对数据进行计算、误差补偿和储存等处理后，继续下一个被测试件的测量工作。在这一过程中，液位控制器7自动控制液体输送泵16和电磁阀14启停以保证液体存储箱6的液位在上液位S1和下液位S2之间：即当液体存储箱6的液位下降到下液位S1时，液位控制器7将液体输送泵16启动且将供液电磁阀14打开，液体由液体输送泵16经供液管10送入液体存储箱6，当液体存储箱6的液位上升到上液位S2时，液位控制器7将液体输送泵16和供液电磁阀14同时停止，则停止供液。设置泄漏管9是为了防止液位控制器7意外故障而使得液体输送泵16和供液电磁阀14不能停止，导致储箱6的液位超过上液位S2，此时可通过泄漏管9将多余液体泄入废液储存箱19。测量过程中微型计算机21将所测流量实时输送至流量显示报警仪表20，并在需要时在微型打印机22上打印试验结果。

Claims (2)

1、微小流量的非定常流测量方法，与定常流测量方法等效的定常流水头为H₀，装在管状容器中的用于测量的流体体积为V，开始流动时的液位高度为H₁，被测高试件所在位置的高度为H₂，H₂＞H₁，管状容器的的横截面积为A，被测试件的过流面积为a，A＞＞a，其特征在于与定常流测量方法等效的条件为：

$\sqrt{H_0}=\frac{1}{2}(\sqrt{H_1}+\sqrt{H_2})$

2、实现权利要求1所述方法的微小流量的非定常流测量装置，有一个盛放用于测量的流体的管状容器(12)，供液管(10)的上端液体储存箱(6)相通，供液管(10)的下端安装在液体输送泵(16)上，其特征在于被测件(17)安装在管状容器(12)的靠近下端的位置处，在管状容器(12)的下端安装一用于排放液体的电磁阀(18)，在管状容器(12)外、高度为H1的位置处安装上位红外光电传感器(8)，上位红外光电传感器(8)与微型计算机(21)的中断输入口连接，在管状容器(12)外、高度为H2的位置处安装下位红外光电传感器(13)，下位红外光电传感器(13)与微型计算机(21)的中断输入口连接，上液管(11)的上端与液体储存箱(6)相通，上液管(11)的另一端与管状容器(12)相通，在上液管(11)与在管状容器(12)之间的上液管(11)上安装一上液电磁阀(15)。

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