150mL活塞式液体微小流量计量标准装置的研究

　 0 引 言

　　随着半导体制造业、生物工程、医学化工等行业的兴起，流量测量正在向低端延伸，小流量微小流量的测量需求渐渐凸显起来。对于微流体的研究以及微小流量计量精度的需求也引起了越来越多的科学工作者的重视，而液体微小流量计量则成为了当下流体计量领域急需的计量技术之一。

　　官志坚等人[1]提出了一种依赖于光电开关的主动式活塞液体流量标准装置，但由于在微小流量计量检定时，多数情况下活塞移动的距离精确度要求更高且更加灵活，因此，采用固定光电开关的检定方法存在一定局限性。德国联邦物理技术研究院( PTB) 水流量实验室的小流量标准装置的流量范围为 1 ～ 2 000 mL/min，装置的不确定度为0. 1 %～ 0. 2 % 。该装置的研制为流量测量向低端延伸做出了良好的铺垫，但测量的流量值仍然比较大 ，对微小流量不能精确测量。法国工业技术研究中心研究设计了一种微小流 量 计 量 标 准 装 置，可 检 定 流 量 范 围 为 1 mL/h ～10 L / h[2]。但由于该套设备体积庞大，操作相当繁琐，为计量检定工作带来了一定不便。鉴此，浙江省计量科学研究院正在研究设计一种应用于生物医药领域的液体微小流量计量标准检定系统，可检定流量范围为 0. 1 ～1000 mL/h; 该检定系统流量非常小，而流量上下限比值又非常大，为10000，针对该微小流量检定系统，本文研究设计了适用于该系统的电驱动活塞式液体微小流量计量标准装置，容积分别为 30，150 mL，以用于检定流量范围分别为 0. 1 ～10 mL / h，10 ～ 1000 mL/ h。本文将详细介绍 150 mL 标准装置。

　　1 活塞装置工作原理

　　装置如图 1 所示。以活塞缸作为计量容积标准，装置通过步进电机驱动标准计量活塞缸活塞产生流体源，活塞缸与光栅尺配合构成流量测量系统，活塞缸下游安装有温度、压力传感器，用来实时测量流体的温度和压力，可对计量活塞排出的流量进行温度压力修正，通过计算流体介质在一定测量时间内推动活塞排出活塞缸内流体体积来标定流量计。

　　其工作过程如下: 首先，启动步进电机正转，推动活塞缸活塞前进，活塞缸左腔排出流体流经被检流量计流入称量容器——电子天平，在这个过程中，当步进电机启动到转速稳定时，启动软件校准程序，开始采集被检流量计信号，同时记录活塞的初始位移，并开始计时; 当流经被检流量计的流量达到预设值时，再次记录活塞位移，同时停止计时，记录检定时间，活塞两点位移之差乘以活塞的面积，就得到流经流量计的流体体积，除以测量时间，得到流经流量计的标准流量，流量计显示的流量与标准流量相比较，从而达到检定流量计的目的[3]。