微量气体精确缓释与控释方法的研究

　　1引言

　　为了提高气体流量的测量精度，科技工作者通过不断的努力，相继研制了几代高精度气体微流量计。目前，气体微流量计一般是由恒压式微流量计、流量校准系统、待校流量引入系统和测量与控制系统四部分组成。恒压式微流量计的变容室采用了活塞液压驱动波纹管结构，活塞的平动由恒力矩测速电机驱动导轨平动机构完成，活塞的位移用精密光栅尺测量。在流量测量过程中，测量与控制系统将变容室和参考室之间的压力差控制在工作压力值的0.01%之内。这种做法虽然精确度高，误差小，但是实际应用中难以实现，而且价格昂贵。这里所研制气体微流量测量控制装置，是基于流体力学中不相溶液体和气体在稳定层流与稳定表面张力情况下，形成气泡的速率与流量稳定对应的情况下设计的，另外，本设计采用了电子细分的方法，大大提高了分辨率。该装置的特点是，测量精度满足要求(3%内)，元器件普通易购，成本较低，生产制作容易标准化，能耗低，移植性强，关键部分更换方便等。

　　2传感器基本结构

　　传感器基本结构如图1。被测微量气体经毛细管进入不相溶深色液体，在一微孔针尖的作用下，形成了一个气泡产生装置，该气泡产生的速率能被光电检测装置检测出来。经过电子细分和数字处理，可精确读出流量的瞬时值和累计值。

　　3系统方框图

　　缓释控释系统的组成结构如图2所示。

　　被测气体是装在一个柔性气袋里，由于气体可压缩，在实际应用中常加以预压力，以提高气体贮量。气体经过毛细管进入气泡室，实现流量检测，贮气袋置于一压力可调的压力室内，理论上，流量应正比于气压室压力，反比于毛细管气阻。一般来说，毛细管的气阻率很难精确控制，同时，也随温度的变化有很大的变异。因此，要保持所需流量，必须对压力加以控制，只要压力控制好了，就能实现精确的缓释和控释。从本质上来说，本装置是一个单回路程控调节系统，只要能预先给出所要求的流量时间曲线，该装置就能按要求完成。

　　本装置的压力调节装置负荷很小，一台微形步进电机就能有效驱动，实际上，整台装置尺寸都不大，适合在大多数场合使用。

　　4电路原理方框图

　　缓释控释的原理如图3所示。

　　从图中可以看出，从传感器传来的气泡数字信号，分成三路，送入了三个环节。一路送入一号计数器，经变换后成为累计流量并加以显示。第二路与一较高频率的时钟脉冲一起送进了第二计数器，对数据进行电子细分，细分后的信号送入锁存器。第三路输入锁存器的刷新端，对数据适时更新。锁存器的输出经过变换，即可作为瞬时流量进行显示。