专利名称：微小流量的非定常流测量方法及装置的制作方法
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， 一般均釆用定常流的方法，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/。测量时，计量管中水头Ho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AVo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，也一般均釆用接触式 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Ho,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H"被测高试件所在位置的高度为H2， H^H"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
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夕卜、 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；釆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。
图1是微小流量测量的定常流方法示意图2是本发明测量方法的示意图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。
具体实施例方式
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H"被测高试件所在位置的高度为H2， H少H"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
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K处时 开始计时，当液面下降到H2处时停止计时，将计量管中 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l^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K、 hb与Ho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/。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和闽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下的放液电磁闽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/除以计时时间 7"。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和供液电磁闽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。
权利要求
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<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msqrt> <msub><mi>H</mi><mn>0</mn> </msub></msqrt><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msqrt><msub> <mi>H</mi> <mn>1</mn></msub> </msqrt> <mo>+</mo> <msqrt><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub> </msqrt> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>
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闽(18),在管状容器(12)夕卜、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)夕卜、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)上安装一上液电磁闽(15)。
全文摘要
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H<sub>1</sub>，被测高试件所在位置的高度为H<sub>2</sub>，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H<sub>1</sub>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H<sub>2</sub>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。
文档编号G01F11/00GK101349583SQ200810150228
公开日2009年1月21日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者于振燕, 宏 冀, 张生军, 张立强, 彦 强, 李少年, 杨顺泰, 魏列江 申请人:兰州理工大学