​一种真空状态下的气体流量测量新方法

一种真空状态下的气体流量测量新方法

　　真空腔体：当空气压力小于40 kPa 时, 目前尚无简便有效的气流质量流量测量手段, 为此本文设计了一套新颖的流量标定装置, 并提出一种了流量测量方法。在流量调节过程中, 调节阀必不可少。真空状态下, 流经调节阀的流量几乎完全由阀前、后压力、气流温度四个变量决定。本文由流量标定装置获取有效的数据样本, 基于多元非线性回归方法建立了流量与四者的关系表达式。一定范围内只要测定四个变量, 则能直接计算出相应流量。实验结果表明计算值与实测流量偏差小于3.0%。

　　真空气体流量的测量常见于需要真空气流的过程, 如宽范围湿度的发生过程, 卷烟的生产过程及大气环境的模拟过程等。在大气环境模拟过程中, 动态真空实验箱内真空环境的更新速度, 是衡量实验箱性能的一个重要指标。为控制动态真空实验箱内真空环境的更新速度, 必须实时测量真空状态下的气体流量。真空状态下, 气体流量的测量具有如下特点 :

　　(1) 流量密度小, 限制了涡街流量计与超声流量计的正常使用。对于前者相应的气流推力过小,对于后者则会产生阻抗匹配的困难。

　　(2) 不允许引入明显的压力损失。真空管道上安装流量计后增大了阻力, 产生较大的压损将使动力损耗大大增加, 不利于节能。因而孔板流量计、涡轮流量计、容积式流量计等均不适用。

　　(3) 流量计在负压管道上安装后, 如果存在泄漏很难觉察, 不仅会浪费动力, 而且会严重破坏内部气体环境。

　　综上虽然当前关于气体流量测量的方法多种多样, 但是基于这些方法设计的流量计一般仅针对非真空( > 100 kPa) 或真空度不高的情形。当气流压力小于40 kPa 时, 当前市场上在售的流量计基本上都无法满足测量要求。在流量调节过程中, 调节阀必不可少。真空状态下, 气体通过调节阀的流量主要取决于四个因素, 阀前压力、阀后压力、流量系数、气流温度。利用调节阀的节流特点, 如果建立起流量与四者的关系模型, 调节阀本身即可以充当流量计, 那么通过测定上述四者的量值, 就可以间接确定真空状态下的流量。但在建立模型时由于真空状态( < 40 kPa) 下没有合适的流量计能够进行流量测量和标定, 所以无法确定流量值。为此本文基于动态平衡原理设计了一套新颖的流量标定系统,获取了可靠的数据样本; 然后利用多元非线性回归方法与Gauss-Newton 算法对数据进行建模, 确立了流量与四个变量的关系表达式; 基于此表达式只需测定四个变量便能直接计算出相应的流量。