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基于泊肃叶定律的脉动微流量测量方法

宋述古 任晓庆 刘伟光 郭沈辉 谢辰 张泽武

宋述古,任晓庆,刘伟光,等. 基于泊肃叶定律的脉动微流量测量方法[J]. 计量科学与技术,2023, 67(7): 11-17 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0171
引用本文: 宋述古,任晓庆,刘伟光,等. 基于泊肃叶定律的脉动微流量测量方法[J]. 计量科学与技术,2023, 67(7): 11-17 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0171
SONG Shugu, REN Xiaoqing, LIU Weiguang, GUO Shenhui, XIE Chen, ZHANG Zewu. Measurement Technique for Pulsatile Microflow Based on Poiseuille’s Law[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(7): 11-17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0171
Citation: SONG Shugu, REN Xiaoqing, LIU Weiguang, GUO Shenhui, XIE Chen, ZHANG Zewu. Measurement Technique for Pulsatile Microflow Based on Poiseuille’s Law[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(7): 11-17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0171

基于泊肃叶定律的脉动微流量测量方法

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0171
基金项目: 山东省市场监督管理局科技项目(2021-7);国家市场监督管理总局科技计划项目(2021MK123);山东省计量测试学会科技项目(2021KJ41)。
详细信息
    作者简介:

    宋述古(1963-),青岛市计量技术研究院正高级工程师,研究方向:流体、容量的计量与检测技术,邮箱:songshugu@126.com

    通讯作者:

    任晓庆(1986-),青岛市计量技术研究院工程师,研究方向:微流量与流动特性的测量,邮箱:renxiaoqing@qdimt.com

  • 中图分类号: TB937

Measurement Technique for Pulsatile Microflow Based on Poiseuille’s Law

  • 摘要: 为了解决高压工况下脉动微流量的测量问题,结合差压变送器耐压高、响应快等特点,基于泊肃叶定律,利用差压信号对脉动微流量进行间接测量。设计了脉动流路中差压值测量方案,通过数值积分与时间修正的方法,将差压信号换算的累计质量与天平静态累计质量进行比对,有效地解决了以往天平称重与秒表计时方法测量精度低的问题。结合天平动态采样对差压法的瞬时流量进行验证,数据结果表明,在具有脉动特征的0.2~0.5 mL/min微流量范围内,采用差压法测量平均流量的误差不高于±0.5%,测量瞬时流量的误差不高于±1.5%,满足相关设备的流量测量精度需求,同时解决了市面上微流量传感器售价高、使用时耐压值有限的问题。
  • 图  1  层流流动速度剖面图

    Figure  1.  Profile of laminar flow velocity

    图  2  差压测量法示意图

    Figure  2.  Schematic of differential pressure measurement

    图  3  压力与质量脉动信号示意图

    Figure  3.  Schematic of pressure and mass pulsatile signals

    图  4  压力脉动转化的瞬时质量流量

    Figure  4.  Instantaneous mass flow rate from pressure pulsation

    图  5  差压与质量法脉动流实验装置

    Figure  5.  Experimental facility of differential pressure and mass method for pulsatile flow

    图  6  压力与质量信号采集处理流程

    Figure  6.  Workflow of pressure and mass signal acquisition and processing

    图  7  天平动态采集参数

    Figure  7.  Parameters for dynamic acquisition on balance

    图  8  天平动态质量曲线

    Figure  8.  Dynamic mass curve acquired from balance

    图  9  动态质量法与差压法的瞬时流量对比

    Figure  9.  Comparison of instantaneous flow rate between dynamic mass method and differential pressure method

    表  1  不同修正方法的偏差

    Table  1.   Deviation of different correction methods

    修正
    方法
    累计
    质量/g
    测量
    时间/s
    修正后
    总质量/g
    偏差/%
    A.等比2.022791293.802.0234790.0001
    A.周期2.023481
    B.等比0.825915240.800.8262580.009
    B.周期0.826191
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    表  2  差压法测量平均流量的误差

    Table  2.   Error in measuring average flow rate by differential pressure method

    测点流量/
    (mL·min−1)
    $\Delta $m/g ($\Delta $mP+$\Delta $m'P)/g 相对
    误差/%
    0.5 0.507774 0.508268 0.10
    0.4 0.407596 0.408132 0.13
    0.3 0.306562 0.307190 0.20
    0.2 0.204958 0.205752 0.39
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    表  3  差压法测量瞬态流量的误差

    Table  3.   Error in measuring instantaneous flow rate by differential pressure method

    测点流量/(mL·min−1) 相对误差/%
    0.5 −0.08
    0.4 0.59
    0.3 0.86
    0.2 1.42
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-18
  • 录用日期:  2023-08-01
  • 修回日期:  2023-09-10
  • 网络出版日期:  2023-09-27

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