微流量計量方法研究
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2 氣體微燃料的計量
氣體流量是單位時間內通過某一截面的氣體量，其狀態(tài)由壓力、體積和時間3個參量來描述。氣體流量的測量有3種方法：若氣體壓力保持不變，通過改變氣體體積的測量方法，則為恒壓法；若體積保持不變，通過改變壓力的測量方法，則為定容法；若壓力和體積都在變化，則為變壓變容法。由此可知，根據(jù)流量測量的方法，可分為恒壓式流量計、定容式流量計和變壓變容式流量計。變壓變容式流量計的結構復雜，控制難度大，實際應用的較少，一般采用恒壓式流量計和定容式流量計。
2.1 恒壓式流量計
圖6為恒壓式氣體微流量計原理圖。該恒壓式氣體微流量計能夠提供3.96×10-4Pa?m3/s~3.64×10-8Pa?m3/s范圍內的氣體微流量。在10-8Pa?m3/s范圍內的相對合成標準不確定度為1%，在1×10-7Pa?m3/s~1×10-4Pa?m3/s范圍內的相對合成標準不確定度為0.7%。流量測量原理是：當氣體流入或流出變容室時，改變變容室的容積，使變容室中氣體壓力保持恒定，則氣體在Tr溫度（Tr一般取23℃）下的流量就可以通過測量變容室內氣體的壓力P、溫度T和體積變化率dV/dt而計算得到。
Q=-[d（P?V）/dt]?（Tr/T）=-P?（dV/dt）?（Tr/T）（dP/dt=0），（1）
式中：Q為氣體流量，單位：Pa?m3/s；P為變容室壓力，單位：Pa；dV/dt為變容室體積變化率，單位：m3/s；Tr/T為變容室溫度變化率，無量綱。
圖6 恒壓式氣體微流量計原理圖
圖7為所設計的定容式氣體微流量標準裝置工作原理圖。該標準的校準范圍為1×10-3Pa?m3/s~10Pa?m3/s，不確定度（1σ）小于1.2%。整套裝置采用全金屬結構，校準室是圓柱形不銹鋼容器，容器內表面通過機械拋光和電化學拋光處理以減小吸放氣的影響。采用全金屬的真空閥門，閥門之間的部分過渡和連接管道由機床加工而成，避免了由于管道焊接帶來的形位公差而引起的漏氣。在校準室周圍設計了旁通管道，既有利于在測量中穩(wěn)定氣體流量，又便于對整個系統(tǒng)進行清洗.整套裝置由計算機程序控制，實現(xiàn)校準過程的全自動化操作。
圖7 定容式氣體微流量標準裝置工作原理圖
微型動力源的研究是在微型機械設備制造技術最近取得發(fā)展的基礎上進行的。微流量的計量精度對于分析實驗數(shù)據(jù)，掌握微火焰的各種燃燒特性，提高微機電設備的穩(wěn)定性等都有重要的作用。本文對幾種液體、氣體微流量計量方法作了簡單的介紹，具有重要的參考價值。(end)
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