有关小口径累积式气体流量计设计的初步想法

随着当今社会的不断发展 ，人们观念的不断更新 ，氧气作为 医疗和生活 中不可缺少 的能源之- ，和水 、电等 资源-样 得到 了人们极 大程度 的关注。而我们 现在 医疗 中所使用 的氧气吸入器仅仅能显示氧气的瞬时流量 ，不能显示氧气使用 的累积流量 ，这就与我们平时所说 的以累积形式作为依据的贸易计量相抵触 ，有关消费者的利益 问题引起 了全 国各界吸氧人士以及研究流量计量 的业 内人士的重视 。同时随着时代 的进步 ，吸氧已经成为-种时尚，给人们也带来了降 。为此 ，我们尝试着做了这种小 口径 累积式气体流量计来满足现代生活 的实际需要 。

1 现 状分 析及概 述目前我 国所使用供 医疗单位 给病人 急救 作氧气吸人用的是浮标式氧气吸入器 ，它是 由氧气压 力表 、流量计 、减压器 、安全 阀和潮化瓶等组成的。

当前氧气吸入器的核心部分是流量计 ，而我国各 医院 目前所使用的浮标式氧气吸入 器的主要仪器是 浮子流量计。它利用流体 的动力作用 ，使浮子在垂直锥管里顺流 向上移动 ，移动值与流量 的大小成 比例 ，用 浮子 的位置来表示 被测 流体 的流量值 。它 的测量原理是 ：浮子流量计的测量本体 由-根 自下 向上扩大 的垂直锥管 和- 只可 以沿着锥 管的轴向 自由移动的浮子组成 。如图 l所示 。

当被测流体 自锥管下端流人流量计时 ，由于流体的作用 ，浮子上下端面产生-压差 ，该压差即为浮子的上升力 ，当压差值 大于浸在流体中的浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升 ，浮子最大外径与锥管之间的环形面积(流通面积 )逐渐收稿日期：201 3-03-09增大 ，流体 的流速则相应下 降，作用在浮子上 的上升力逐渐减小 ，直至上升力等 于浸在流体 中的浮力 的重量 时 ，浮子便稳定在某-高度上 。这时浮子在锥 管中的高度与所通 的流量有对应的关系。该高度就是流量大小的量度 。

图 1 工作原理浮子流量计具有结构简单 、直观 、使用维护方便 ，对 仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小且恒定 ，测量范 围比较宽 ，工作可靠且线性刻度 ，可测气体 、蒸汽和液体的流量 ，适用性广等特点。尤其对于小流量 ，低雷诺数的流量测量 ，较之其他流量计更具有独特 的优越性 。但 是浮子流量计 的测量准确度 为 2%左右 ，受被测流体粘度 、密度 、纯 净度 以及 温度 和压 力的影响 ，也受安装垂直度 的影响 ，而且该流量计的测量显示只有瞬时流量并无累积显示 ，所 以它有待于改造 。

2 解 决 问题 的 必要性现 阶段我 国各 医院对 氧气使用情 况的收费方 式为按时间(即按天 )计算 。也就是说 目前我们所使用的浮标式 氧气 吸人器仅仅能显示 出病人对氧气使用的瞬时流量 大小 ，医院不 能按 照氧气 使用 的累积情况进行合理的贸易交换 。这在当前 以平等为交换前提的社会 中可称得上是-个缺失。所 以我们期待-个 既能显示瞬时流量又能显示累积流量的仪器 出现 ，为了填补这个空 白，我们试 图利用涡轮流量计做-个能满足实际需要 的小 口径累积式气体 流量计 。它精度高 、寿命长 、操作维护简单 ，用于石油 、化工 、冶金 、供 水 、造纸等行业 。适 于测量与不锈钢ICr Ni9Ti、2Crl，及刚玉 A O 、硬质合金接触不起腐蚀作用 ，且无纤维 、颗粒等杂质的液体∩输 出多种信 号任选择 ，如三线制电压脉冲 ，4～20 mA两线制模拟量输出 ，电池供电现场显示 ，24v供 电现场显示 ，4～2OmA两线制 电流输出 。

3 总 体设 计思 路根据 当前的实际情况 ，需要出现-种 既有 瞬时流量又有累积流量 ，最好还有计时功能的仪器来取代 当前 医用 的氧气吸入器 。以下是设计 的总体思路 ，如 图 2所示 。我们首先选择涡轮流量计做流量传感器 ，用微处理器和单 片机来完成显示功能。当被测信号的流速 传至传感器后，把传出的周期性变化的电脉冲信号利用信号调 理电路做放大 、整形等处理后 ，再把处理 过的规则信号传至微处理器 ，最后通过显示器把需要 的结果显示出来 。

图 2 总体 流程图在整体 的设计思路 中，流量传感器的选择是关键 。涡轮流量计 的优越之处撒于它的各个参数 。其 中包括 ：基 本误差 、测量范 围、公 称通径 、流体温度 、最大压力损失 、公称压力、环境温度 、相对湿度等 。

检定流量计 的基本误 差应检 定 1]Jmin、5 I/min、10 L/min3个检定 点进行示值检 定 ，并按 下列公式算 出流量计 的基 本科学观察 2013年第2期 TlANJIN 8OlENCE＆TECHNOL0GY误 差 。

6(Q-QN)，Q -X iO0%式 中 ：6--流量计 调节 范 围内各检定 点 的基本 误差 (%)；Q--被 检 流 量 计 示 值 (L/min)；Q 标 准 流 量 计 示 值(I/min)；0 n峨- 最 大流量示值(L/min)。

我们选择 的涡轮传感器的公称通径为 25 mm，基本误差为1%，流体温度为 -20～120℃，公称压力为 40 MPa，环境温度为- 25～55℃，相对湿度为 ≤80%，最大压力损失为 0.035 MPa。

4 结 论综上所述 ，我们在平时使用新技术 、新软件的过程 中，只要细心观察 ，并将好的技术 、软件 以最合适 的形式按 照实际的需要运用到最恰 当的地方 ，就能解决-些生活 中实 际存 在的问题 ，甚 至可 以起到事半功倍 的效果 。我们注意到运用测试中关于流量计量的-些基础知识时还需注意的-些原则和建议 ，以更好地帮助我们完成这-切 ，设计制作-个 简便实用 的仪器是我们努力的方向。