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微流量計量方法研究

作者: 時間:2013-10-11 來源:網絡 收藏
目前,設備正引起越來越多的學者的關注,1989年在美國鹽湖城會議上,首次提出MEMS概念:Micro-Electro-MechanicalSystems,即系統(tǒng),這是指特征尺度在1μm~1mm之間集電子、機械于一身的器件。的研究是制造設備的基礎,而微燃料的精確計量又是對進行實驗研究的前提。測量與控制系統(tǒng)是微機械研究的一個重要方向,也是微流體精密測量與控制的一個主要技術手段。系統(tǒng)研究的技術背景是微機械加工技術的成熟,應用背景是一些常規(guī)流體系統(tǒng)的流量和粘度要求不能滿足的特殊場合。在系統(tǒng)的研究成熟后,它甚至可以替代現(xiàn)在的一些產品。微流體系統(tǒng)的流量在nL/min~L/min量級,由于尺寸微小,可以減少系統(tǒng)的無效體積,降低能耗,提高響應速度。

在前期進行的微尺度擴散燃燒實驗中,我們對微火焰的各方面特性有了初步了解,隨著實驗向更細的方面進行,實現(xiàn)對微流量的精確計量將是一個關鍵的環(huán)節(jié)。因為微流量的實際供應值和計量值之間的誤差大小將直接影響到實驗結果的準確性。雖然國內外對微流量測量的研究起步相對較晚,隨著理論研究的深入,實踐經驗的積累,對微流量測量的難度和存在的問題有了更具體和更深刻的認識,通過不斷地改進和完善,使得微流量測量技術不斷得到發(fā)展。

1 液體微燃料的計量

市面上國產一般最小流量只能達到每分鐘幾百毫升,進口流量計一般最小流量每分鐘幾十毫升,但價格昂貴;而一般的標準差壓流量計;如板孔式、噴嘴式、文丘里管式等,其額定流量較大,測量精度較低,通常誤差大于5%。不能滿足液體微流量計量的要求。

1.1 熱式液體質量微流量儀表

中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會流量儀表專業(yè)協(xié)會的專家對熱式流量計的測量原理、性能和應用作了概要介紹。

熱式流量計從測量原理出發(fā),可分為兩類:1)利用流動流體傳遞熱量改變測量管的管壁溫度分布的熱傳導分布效應的熱分布流量計,以前稱為量熱式流量計;2)利用熱散消(冷卻)效應的金氏定律的熱式質量流量計,其結構特征為測溫元件插入流量傳感器測量管或管道內,稱為插入型熱式流量計。但現(xiàn)有液體微小流量的熱式流量計均屬熱分布流量計。

圖1為加溫型熱式流量計原理簡圖,圖2是利用帕耳帖效應的致冷型原理圖。加溫型熱式液體質量流量計市場上已有的型號有荷蘭BronkhorstH-iTech公司的Liqu-iFlow型和L-Flow型,美國Brooks公司的Flomega型;致冷型熱式液體質量流量計市場上見到的有美國Estech公司LF系列,流量在0.01g/min~100g/min范圍內有9種滿度規(guī)格,響應時間約2s。熱式液體質量微流量計適用于測量液態(tài)氣體,藥液混合配比,原料氣化供給系統(tǒng)。體積流量小到10-6L/min~10-3L/min數量級之間,或質量流量10-6kg/min~10-3kg/min。

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圖1 加溫型原理簡圖

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圖2 致冷型原理簡圖

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