大范围度微液体流量测量探索与实践

　　一、引　言

　　液体泄漏量的检测有一些共同的特点及要求,即流量小、范围度大、测量精度要求较高等。汽车调温器是调节汽车发动机温度的一种装置。利用调温器上温度敏感元件的动作,可带动调温器上的水阀门实现开合状态,以调节发动机的温度。当水阀门处于闭合状态时,流经调温器的水流量称为泄漏量。根据新的要求,在调温出厂前需要对泄漏量进行检测。通常大部分产品泄漏量在40mL/min~500ml/min范围内,属于大范围度微流量的测量问题。市面上国产流量计一般最小流量只能达到每分钟几百毫升,范围度大多在10倍以内;进口流量计一般最小流量每分钟几十毫升,范围度为十倍多,但价格昂贵;而一般的标准差压流量计,如板孔式、喷嘴式、文丘里管式等,其额定流量较大,测量精度较低,通常误差大于5%,不能满足要求。因此,我们自行设计了一种管式差压流量计,较好地解决了调温器水泄漏量检测中的大范围度微流量的测量问题。

　　二、测量原理

　　图1示出了管式差压流量计检测调温器水泄漏量的结构框图,流量计由一支长节流管和一个差压传感器组成。图中被测件为汽车用调温器,需要检测调温器阀门处于关闭状态时,向调温器施加的水压力与泄漏量大小之间的关系。为了使流量计上的压差对检测不造成影响,被测件的输入压力的检测传感器置于被测件压力液体的入口处。被测件的输入压力由压力液体及调压阀提供;调节调压阀,可向被测件施加一序列不同的压力值。设施加于被测件的压力值为pj,调压阀的出口压力为pt,流量计差压传感器的示值为Δp,如果不计管路压力损失,则

　　由于流量计两端的差压值Δp与流量之间存在某一对应关系,因此Δp与pj的关系实际上反应了被测件的泄漏量与压力之间的关系。

　　三、流量计主要尺寸参数的确定

　　1.节流管直径的确定

　　节流管直径d与额定流量Q及管内液体(指水,下同)的额定流速Vj有关。实验表明,当节流管内的液体流速较低时,单位差压值所对应的流量较大;随着节流管内的液体流速逐渐增大,单位差压值所对应的流量逐渐减小。为了使单位差压值所对应的流量不至于太小,Vj的取值应限定在一定的范围内,一般可取Vj=6m/s~10m/s;当量程比较大时取上限,量程比较小时取下限。额定流量由如下公式计算:

　　式中:Q为额定流量(ml/min);d为节流管直径(mm);Vj为额定流速(m/s)。

　　取Q=500mL/min,Vj=10m/s,则

　　圆整后取d=1.0mm。

　　2.节流管长度的确定

　　由于水的粘度较小,管内液体流速较高,液体在管内一般处于非层流状态,因此不能由泊萧叶公式确定Q、d、管长L及管两端压差Δp之间的关系。但为了使Q与Δp尽可能线性相关,取节流管为细长管,即L>4d。