[發明專利]一種短毛細管流量傳感器

無效

• 申請號: 201310026530.9
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103292847A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 袁有臣
• 申請（專利權）人: 青島科技大學;袁有臣
• 主分類號: G01F1/88
• 分類號: G01F1/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種短毛細管流量傳感器，具體地說是一種用短毛細管做節流元件測量冷媒流體介質的質量流量的測量裝置，屬于節流式或壓差式流量測量技術領域。

背景技術

在集裝箱熏蒸消毒作業中，需要將高壓鋼瓶中的液態硫酰氟通過連接管道按規定的方法和質量送入集裝箱內。處于高壓狀態的液態硫酰氟在通過傳輸管道時，壓力減小、體積膨脹、溫度降低，在吸收足夠熱量的條件下，能夠全部變成氣體。按照國家出入境檢驗檢疫局的要求，必須對投藥量進行嚴格控制，其目的是既要保證殺滅和消毒要求，又要盡量減小硫酰氟氣體對人身和環境的危害，還要控制熏蒸消毒成本。

物質有三種形態，固態、液態和氣態，隨著外界條件的改變，三種形態之間可以互相轉化。例如在標準條件下，硫酰氟為氣態，當溫度降至-55.2℃以下時變為液態，溫度繼續降至-136.7℃以下時變為固態；當壓力在一定范圍內變化時，硫酰氟會在氣態和液態之間轉換，此時溫度也會隨之發生變化，能夠產生熱的交換，這種情況與冷媒介質在制冷過程中發生的物理現象相同。

對硫酰氟的定量計量可以采用多種方案，一種方案是稱重計量法，另一種方案是質量流量計法。稱重計量法是將投藥裝置連同硫酰氟高壓鋼瓶一起放在稱重裝置上，稱重硫酰氟的減小量來求得投藥量。由于投藥裝置連同硫酰氟鋼瓶總重量為30-40公斤，而每次施藥量為0.4-0.8公斤，這樣的稱量方法很難保證足夠的測量精度。如果再考慮到投藥裝置結露吸潮和管道抖動造成的影響，使得稱重計量法在硫酰氟的定量計量中因誤差太大而事實上不可行。盡管在集裝箱硫酰氟熏蒸消毒中出現過與稱重計量法相關的技術和裝置，但目前還沒有達到能夠被市場接受的測量精度要求。

所述的質量流量計法中采用的流量計可以選擇氣體質量流量計。氣體質量流量計一般采用熱式氣體質量流量計，雖然技術較為成熟，但存在的主要問題是適合測量硫酰氟氣體的熱式氣體質量流量計并不存在。這種熱式氣體質量流量計開發難度大且成本高，還要克服硫酰氟氣體的超低溫度和壓力的快速變化對流體特性的影響。

所述的質量流量計法中所涉及的流量計也可以采用液體質量流量計。這種用于高壓條件下的液態硫酰氟流量計能夠直接測量硫酰氟的質量流量，計量精度較高，還能滿足與集裝箱硫酰氟熏蒸消毒有關的其他要求，是一種比較好的硫酰氟投藥計量方法。

發明內容

本發明提出了一種短毛細管流量傳感器，主要用于對較高壓力條件下的液態硫酰氟的質量流量進行測量，也可用于制冷過程中冷媒流量的測量。

本發明提出的液體質量流量傳感器所測量的介質是因較高壓力而被液化的流體，當流體壓力減小時，同時還伴隨著溫度的降低，被液化的流體的一部分會發生氣化，形成一種氣液共存狀態的介質；如果氣液共存介質再吸收熱量，液態會全部變成氣態。

為了能夠測量所述介質的流量，本發明提出的流量傳感器包括短毛細管和兩套壓力檢測裝置，所述的短毛細管包括短毛細管內管和外管，所述的兩套壓力檢測裝置位于短毛細管的兩端，分別用于測量入口壓力P₁和出口壓力P₂。

所述壓力檢測裝置包括三通和安裝在三通垂直出口的壓力傳感器。

根據流體力學的理論和節流式或壓差式流量傳感器的工作原理，為了測量質量流量，首先要測量體積流量Q，再用流體的密度ρ與體積流量Q相乘求得質量流量：????????????????????????????????????????????????。

本發明涉及的流量傳感器是一種節流式或壓差式流量傳感器，節流元件采用的是短毛細管，其特征是短毛細管入口和出口之間存在很大的壓力差：。

節流式或壓差式流量傳感器能夠測量流體的體積流量，所述體積流量的大小與壓力差ΔP開平方的結果成比例，比例系數被稱為體積流量系數α；體積流量系數α與毛細管的形狀、長度和直徑以及流體的特性有關，可以通過實驗確定；體積流量Q、壓力差和體積流量系數α的關系為：。

將所述體積流量代入所述質量流量，求得質量流量表示式：，其中，稱κ為質量流量系數；質量流量系數κ也與毛細管的形狀、長度和直徑以及流體的特性有關，能通過實驗確定。