微小流量仪表性能及其应用

    1　引　言

    为提高效率,流程工业和公用事业向大型化、规模化发展,流量仪表也经历了一轮向大口径拓展(如电磁流量计口径已达3.4 m,超声流量计应用大于5 m)的过程,与此同时精细化工、生物医药工程、半导体制造业的兴起,也使流量测量向低端延伸,小流量、微小流量的需求在20世纪80~90年代凸显起来;此外,实验室包括环保分析仪器配套的微小流量测试和医疗保健微小流量监控也有相当的增加。

    何谓小流量微小流量?业界尚无公认定义和界限,因应用领域而异是一个模糊的概念。管道小流量测量体现在流速低和管径小两个层次,就流程工业而言习惯称DN10(也有称DN6或DN15)以下管径测量为小流量测量。从现在市场所见小流量仪表测量液体时流量范围通常认为在1 L/min或0.06 m3/h以下,满度流量流速低于0.1 m/s;进一步细分为微小流量则流量范围在10 mL/min以下。

    小流量、微流量测量在流程制造工业首先发展于半导体制造业,解决其所需超净气体、纯水、药液等的测量,其后用于精细化工、医药、生物工程等专业实验装置流量监控、定量配比加液等场所。微小流量测量仪表具有以下一些特点:

    a)仪表运行时常处于低雷诺数区,使节流差压式、浮子式等仪表在仪表系数非“常量”区运行;在测量范围内流态处于从层流—层流/紊流过渡—紊流间的转变,使传统结构设计的超声流量计系数变化过大^[1-2]。

    b)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,若已知实际使用流体与校准时的流体间某物性不同对示值是有规律变化的,在中大管径仪表常以适当系数修正,但对某些小流量仪表受黏度等物性影响大,必须以实际使用流体校准。

    c)大部分微小流量仪表只适用于测量洁净流体,要防止仪表污染流体。有些测量介质是洁净气体和纯水,还有接触流体的仪表零件材料不允许析出离子的要求,不能用金属或玻璃制成,只能用塑料;流体中不允许混入活动件的磨耗尘埃;仪表通道要尽可能简单,不应有滞留部位,以防滞留介质变质。

    d)易受气泡或尘埃附着的影响。因管径小液体中微细气泡易在管系流动中积聚变大,使测量指示不稳,准确度下降;流体中尘埃积聚附着测量元件或通道也要影响测量值。

    e)品种受到一定限制。在众多测量原理的流量计品种中,不少品种在小流量应用上受到一些限制,当前能应用于小流量测量的品种如表1所列。

    2　代表性品种型号

    市场上已投入多种型号微小流量仪表,表2汇集21种代表性仪表的流量范围、准度、工况条件、特征等性能和生产企业,图1是各型号最小规格的流量范围以资比较,其线号即表2中序号。