[實用新型]一種基于線陣CCD的微流量計

有效

• 申請號: 201820437323.0
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN207907955U
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 胡平;曾博才;雷霆
• 申請（專利權）人: 成都市計量檢定測試院
• 主分類號: G01F1/52
• 分類號: G01F1/52;G01F23/292
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 宋輝

本實用新型提出一種基于線陣CCD的微流量計，該流量計由光源、石英玻璃管、線陣CCD圖像傳感器、第一電磁閥、第二電磁閥、三通接頭和控制器構成。該微流量計采用線陣CCD圖像傳感器的測量結構，該結構中光源、線陣CCD圖像傳感器和石英玻璃管三者所處平面平行，且光源和線陣CCD圖像傳感器位于石英玻璃管兩側；使得光源產生的均勻的可見光垂直射入玻璃管內，并在線陣CCD圖像傳感器中產生液位圖像，線陣CCD圖像傳感器將光信號轉換為電信號并傳送至控制器，控制器計算該時刻的液位高度并自動計時，經過一段時間后再次計算液位高度，從而計算出該時段內的累積的微小流量，實現液位微小流量的快速高精度測量。

技術領域

本實用新型涉及流量測試領域，具體涉及一種結構簡單、且能實現高精度測量的基于線陣CCD的微流量計。

背景技術

在工農業生產、科學研究及醫療制藥等領域中，經常需要微小流量的檢測。微小流量一般為1ml/h到1000ml/h，微流量測量技術的研究始于20世紀70年代。Van等人設計了第一個熱線式微流量傳感器，采用傳統的平面硅加工技術，尺寸為1.5×1.5mm，用來對氣體微流量進行測量。隨后人們開始關注對微流量傳感器的研究。目前，應用比較廣泛的微流量的測量方法主要有兩大類，一類是接觸式的測量方法，另外一類是非接觸式的測量方法。

1、接觸式測量方法是以微電子機械系統(MEMS)技術為基礎的微流量傳感器作為測量手段。目前微型流量傳感器主要有以下幾種：熱線式微型流量傳感器，差壓式微型流量傳感器，流體振動型微流量傳感器及科里奧利微流量傳感器等。

熱線式微流量傳感器起源于20世紀初，是基于傳熱學原理的熱式微型流量傳感器。該測量流量方法的主要原理是，由于流動液體經過加熱電阻使其溫差變化引起熱量的傳遞，進而通過計算機軟件記錄得到微流量。熱線式微流量傳感器具有測量流量范圍大，精度高，重復性好的優點；主要缺點是當流體處于流動狀態時，熱導率增加，誤差增大。

差壓式流量傳感器基于伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號來反映流量，是最早出現的流量傳感器之一，差壓式微型流量傳感器具有以下優點:與大多數熱式流量傳感器不同，該傳感器電極不與流體直接接觸，并且流體流動溫度變化很小，適用于藥物研究生產和化學分析領域。但是差壓式微型流量傳感器在低流量流體測量中由于流體差壓小，誤差會增大，而且在流體傳輸系統中會產生壓力損失，也不適于存在脈動的流體測量。

科里奧利(Coriolis)質量流量傳感器是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理制成的一種直接式質量流量計。科里奧利質量流量傳感器可以克服其它質量流量測量方法的缺陷，測量值不受流體物理特性的影響，具有非常高的測量精度。但其零點漂移大，流量下限比較高；另外，其壓力損失也較大。

2、最簡單且最常用的非接觸式測量方法為體積法或稱重法，主要是根據一段時間積累的流體體積或者重量，進而通過計算獲得流量，比較典型的是臺灣工業技術研究院和Wolf等人進行的研究，此種方法測量精度很高，但測量過程比較耗時，且易受到周圍環境的影響，對于具有分支結構的復雜流體網絡的流量分析則顯得無能為力。2000年以來出現了光學微流量測量技術，成為一類新的非接觸式流量測量方法。Markov和Bornhop采用光學干涉法對納升尺度流量開展了非接觸測量，可以測量的范圍是1-10μL/min，Nguyen等人利用光學探測方法實現了對微流量的測量，該系統利用一種廉價的、現成的電子元件來測量較低的流量。工作原理是記錄一個體積流量流過位于兩個光學傳感器之間的透明毛細管的時間間隔，繼而通過時間間隔、兩個傳感器之間的距離和毛細管的直徑來計算出流量。實驗可以測量280nl/s的流量，平均誤差為1.37％。Rahima等人設計了一種光學傳感器來進行微流量的測量。由于這些研究是將物理現象與流量建立相應關系，屬于間接流量測量，存在諸多不確定因素。2010年，Koning等人提出基于激光多普勒測速(LDV)技術的微流量測量法，但由于該方法僅對流場三維空間進行逐點測量，流量測量比較耗時，目前也僅限于簡單截面的流量測量。