层流流量计展望

层流流量计的展望

黑龙江省知识产权局   计重远

     层流流量计通常是指测量微小流体流量或高粘性流体流量的仪表，而这里讨论的层流流量计是指通过层流元件将紊流流动的流体转变成层流流动状态来测量其流量的流量计。它是由差压传感器以及层流元件两大部分组成，其中层流元件是由许多口径很小的层流管平行排列而成，流体流过层流管时遇到很大的阻力，在其两端形成一定的压差通过差压传感器测出其差压的大小，由于当流体处于层流状态流动时其差压的大小是等于流量乘以流阻的值，因此只要知道层流管对流过流体的流阻值就可以根据所测的差压值求出流过层流管的流量值。目前所生产的层流流量计多是用于测量气体的，其差压传感器的量程为0-500帕或0-1000帕，层流元件则采用两块薄不锈钢压制而成，压制成的层流管其口径及形状是不确定的，只是为了保证使流过的气体处于层流状态，它们的口径必须足够的小。由于层流管的参数不能确定，因此其流阻值只能用标定法来确定，用标定法确定的流阻值以及差压传感器测出的差压值就可以测得气体的流量值。用此法是可以得到在层流下的流量值，但是它还存在不少不足之处有待完善。首先，在生产中无法根据予期的参数给以精确的控制，层流元件的参数和性能只能等标定的结果来确定；其次，它是一种通用型的层流流量计，可以用于测量不同气体的流量，而不同气体的粘度是不相同的，有的相差还会是很大的，因此在标定时必须对需测定的气体实际测定才能可靠；第三，如果要设计出适合各种气体应用的层流流量计，所设计的层流元件中的层流管口径必须非常小，制作成本就会非常高，不利于广泛的开发应用。针对这些等等的原因，必须寻找解决的办法才能使层流流量计真正广泛地应用到生产实践中去，使其获得更加美好的前景。

      要解决上面所遇到的问题，首先要解决差压传感器的灵敏度问题。在层流流量计中要求层流管口径的大小和差压计的灵敏度有直接的关系，灵敏度愈高允许层流管的口径愈大，而大口径的层流管则便于精确测量和精准加工。目前我们采用量程为0-500帕的差压传感器的灵敏度是远远不够的，它要求对应层流管的非常小以致于无法精确控制生产。而市场上能找到的0-30帕的微差压表不尽是精度不高，其灵敏度也不足以满足要求，因此开发好的灵敏度高、精度高的差压是当务之急。这里提一下之前提过的帕表是一个很有希望的产品，亊实上帕表的灵敏度是可以做得很高的，选择合适的游丝硬度甚至可以使帕表成为毫帕表，测量出毫帕级的差压。

      其次是选择合适的层流管管道形状使得层流管能发挥更大的效能，其实层流管的作用就是为了增加给气体在流动中的流阻，因此在选取层流管管形时也应该选择流阻较大的形状，而在管形中园管的流阻是最小的、正三角形管的流阻是最大的，因此我们有理由选择正三角形管作为层流管，这样做出来的层流管一定是效能最高的。

      第三是把层流流量计设计成专用型的。在设计的参数中应考虑到适合某个气体或者某几个粘度相近的气体形成能测量这些气体流量的专用型流量计，这样做的目的是使所设计的层流流量计是经过优化的。