測量機(jī)械真空泵流量的儀器種類繁多，有渦輪流量計、渦街流量計、轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量計、孔板流量計、噴嘴流量計和滴管流量計等等，真空行業(yè)中常用的是后面幾種。轉(zhuǎn)子流量計存在精度低、讀數(shù)不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)，不宜作測量儀表。但由于價格低廉、使用方便、讀數(shù)直觀并可遠(yuǎn)傳，常常被應(yīng)用于生產(chǎn)流程中的流量顯示。

　　質(zhì)量流量計精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定可靠、操作使用方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但對真空行業(yè)而言，卻存在流導(dǎo)不足的問題。例如目前最大的質(zhì)量流量計，最大量程已達(dá)2000SLM，但連接口徑只有10mm，故適宜于測量壓力氣體的流量；用來測量真空泵則量程只有其額定值的幾分之一，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，情況確實(shí)如此，所以在真空行業(yè)中只能用來測量小流量。

　　孔板流量計曾被廣泛應(yīng)用于水泵行業(yè)，因其體積較大，安裝和使用相對比較麻煩，應(yīng)用得較少。主要使用在低真空和中、大流量的場合，例如活塞式真空泵、水環(huán)式真空泵的測量中。真空行業(yè)中使用最廣泛的是滴管流量計和噴嘴流量計，這是二種絕對流量計，只要認(rèn)真操作，完全可以獲得較高的精度。

　　1噴嘴流量計

　　噴嘴流量計是根據(jù)流體動力學(xué)中的Laval（拉瓦爾）噴管原理設(shè)計的一種絕對流量計，它在噴嘴出口壓力與入口壓力之比等于0.528時，噴嘴中氣流速度達(dá)到超音速，通過的氣體流量達(dá)到最大值。噴嘴出口壓力繼續(xù)降低，上述壓力比將開始小于0.528并繼續(xù)下降，氣體流量保持不變。

　　噴嘴的流量按下式計算：

　　噴嘴效率系數(shù)，取0.97

　　Pb大氣壓力，1013.25hPa

　　d0噴嘴的孔徑，mm

　　T室溫，K

　　測試時總流量等于各個開啟噴嘴流的算術(shù)和：

　　G=Gi

　　述流量的計算還需經(jīng)換算和校正，如大氣壓力換算、氣體常數(shù)換算、噴嘴效率校正和壓力比校正。需要特別指出的是壓力比的校正，當(dāng)噴嘴出口壓力與入口壓力之比大于0.528之后，噴嘴中的氣流速度開始低于音速，并隨著壓力比的繼續(xù)增加，噴嘴中的氣流速度進(jìn)一步下降，在此狀態(tài)下的流量計算已不再遵循公式（1），必需進(jìn)行壓力比校正。具體計算參見GB/T13930水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)氣量測定方法。噴嘴流量計的測試裝置如圖1所示。

　　本噴嘴流量計測試裝置與GB/T13930規(guī)定的不同之處在于，各噴嘴中的超音速氣流進(jìn)入到測試罩后，由于集束效應(yīng)，氣流不容易均勻混和，壓力穩(wěn)定性差，按GB/T13930規(guī)定的裝置測得的抽速偏差較大；所以我們將測試罩長度加長，L/D=3~4，同時取壓位置從測試罩上移到錐管下面的連接管上。試驗(yàn)證明這項(xiàng)改進(jìn)效果顯著，再也沒有出現(xiàn)抽速偏大的現(xiàn)象。

　　實(shí)際應(yīng)用中，噴嘴流量計應(yīng)盡量避免在3kPa壓力以下使用，因?yàn)榇藭r測試罩中真空度較高，使用的都是小噴嘴，從噴嘴中進(jìn)入的超音速氣流的集束效應(yīng)更厲害，氣流的均勻性和穩(wěn)定性更差；再加上小口徑噴嘴的附面層影響也較大，將對抽速的測試產(chǎn)生很大的偏差。測試罩中真空度越高，這個偏差越大。

　　2滴管流量計

　　滴管流量計因其量程寬、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、精度較高，并且是絕對流量計而得到廣泛應(yīng)用。滴管式流量計一直是國內(nèi)外真空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量真空泵抽速的一種流量計，通過精確計量出滴管不同高度的容積，就能準(zhǔn)確測量真空泵的流量，至今仍為國內(nèi)外有關(guān)真空標(biāo)準(zhǔn)所采用。

　　而現(xiàn)階段使用的滴管流量計存在這樣一個突出的缺點(diǎn)：由于毛細(xì)管現(xiàn)象的存在，在小直徑玻璃管中液面存在不同程度的壓低值，因此滴管直徑不能過小，也就是不能測量小流量或小流量測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

　　表1是在同樣狀態(tài)下用直徑1.5滴管與直徑5滴管測得的數(shù)據(jù)比較，如表1所示。

　　表1同樣狀態(tài)下用直徑1.5滴管與5滴管測得的數(shù)據(jù)比較

　　Table1Comparisonofthetestresultsbetweenpipetswithdiameter1.5and5underthesamestate

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，滴管內(nèi)徑1.5mm與5mm相比，小直徑滴管所測得抽速偏小，抽速測量誤差（偏小）最大達(dá)16%以上，如將內(nèi)徑1.5mm的滴管與12mm內(nèi)徑滴管相比，測量誤差還要大。因此國外如德國標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定滴管的內(nèi)徑不得小于12mm，這樣就把測量誤差限制在一定范圍內(nèi)，但這也存在著一個問題，抽速小的真空泵無法用這種方法測量，使滴管流量計在測試小流量方面存在一定的局限性。

　　針對上述問題，我們研究了一種新穎的量程向小流量方向拓展的滴管流量計真空滴管流量計（已申請專利，專利號201120369254.2），它能很好的解決上述問題。

　　3真空滴管式流量計工作原理

　　為了便于說明，我們先從流量計算公式說起，假設(shè)測量過程是在等溫條件下進(jìn)行的。真空泵所抽取的氣體量G是隨時間t的變化而變化的，所以G是t的函數(shù)，即G=f（t）（3）

　　由此時間t時，泵所抽取的氣體量為G=f（t）；則在t+t時間后，泵所抽取的氣體量就是G1=f（t+t）。

　　因而，與時間增量t相對應(yīng)的函數(shù)增量，也就是泵所抽取的氣體量的增量，即G=f（t+t）-f（t）

　　（4）所以Gt就是在t時間內(nèi)，泵所抽取的G氣體量時的平均流量Q。

　　對滴管流量計而言，這個氣體增量G是負(fù)增量，所以（2）式應(yīng)改寫成G=f（t）-f（t+t）

　　（5）則平均流量Q=Gt=f（t）-f（t+t)t

　　（6）因?yàn)镚=f（t）=VP則G1=f（t+t）=（V-V）（P-P）代入（4）式得Q=VP-（V-V）（P-P）t=PV+VP-VPt

　　（7）式中Q流量

　　P測量開始前滴管內(nèi)壓力，常規(guī)為大氣壓

　　P測量過程中滴管內(nèi)壓力的變化

　　V測量開始前滴管內(nèi)油面以上的容積

　　V測量過程中滴管內(nèi)容積的變化

　　t滴管中油面從零位上升到終位所需時間

　　按常規(guī)，滴管式流量計的測量在大氣壓下進(jìn)行，即P為大氣壓。從滴管式流量計的計算公式中可以看出，在滴管內(nèi)徑?jīng)Q定以后，滴管式流量計的量程范圍就已確定，唯有滴管內(nèi)油面上的壓力P能對流量的測量產(chǎn)生影響。如果把滴管內(nèi)油面上的壓力P從大氣狀態(tài)轉(zhuǎn)變成真空狀態(tài)，它的量程就可以通過真空度的調(diào)控，來擴(kuò)大量程范圍，實(shí)現(xiàn)向小流量方向拓展的目的。這樣滴管式流量計就變成了真空滴管式流量計，以內(nèi)徑為15mm的滴管式流量計為例，如滴管內(nèi)油面上的壓力P從105Pa（大氣壓）降低到5 104Pa，流量將降為原來的一半；壓力再降低到1.3 104Pa，則流量將降為原來的1/5噴嘴流量計_長頸噴嘴流量計應(yīng)用。

　　4結(jié)構(gòu)組成

　　如何來實(shí)現(xiàn)上述所說的油面壓力P的降低呢？我們知道，常規(guī)使用的滴管式流量計，包括滴管式流量計、開式油箱、工作液（油）、真空閥門、計時儀。結(jié)構(gòu)如圖2所示。真空滴管式流量計主要由滴管式流量計、超聲波液位變送器（零位和終位）、計時儀、密封油箱、真空閥門A與B、真空調(diào)節(jié)閥、真空計和輔助真空泵組成。真空滴管式流量計結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

　　滴管式流量計安裝在密封油箱上，并通過真空閥門A與油箱上部連接；滴管中液面上升的二個測量位置設(shè)有超聲波液位變送器（零位和終位），它輸出的訊號控制計時儀，記錄液面上升所需時間；超聲波液位變送器（終位）的另一路訊號操控真空閥門A，但它只在滴管中液面上升到終位時，打開真空閥門A，以免滴管中液面上升過高；輔助真空泵通過真空閥門B與油箱上部連接，油箱上部還連接有真空調(diào)節(jié)閥，通過輔助真空泵對密封油箱的抽氣和真空調(diào)節(jié)閥的放氣來使密封油箱內(nèi)的壓力保持一個穩(wěn)定的動態(tài)真空狀態(tài)，它的真空度可根據(jù)需要調(diào)控，這樣，整個流量測量系統(tǒng)均處于真空狀態(tài)下；真空計用來測量整個真空滴管式流量計系統(tǒng)的真空度。當(dāng)然，整個測量系統(tǒng)也可以處在大氣狀態(tài)下，這樣，就擴(kuò)大了流量測量范圍，特別是向小流量方向的拓展。

　　測量時，先打開真空閥門B，啟動輔助真空泵對系統(tǒng)抽氣，并打開真空調(diào)節(jié)閥，按滴管式流量計量程的需要，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的真空度；關(guān)閉真空閥門A，滴管中液面開始上升，到達(dá)超聲波液位變送器（零位）處，計時儀開始計時，

　　至滴管中液面上升到超聲波液位變送器（終位）處，計時儀計時結(jié)束，真空閥門A自動打開，完成一次測量。

　　5總結(jié)

　　真空滴管式流量計具有以下特點(diǎn)：(1)滴管式流量計安裝在密封油箱上，通過輔助真空泵的抽氣和真空（放氣）閥來達(dá)到和保持動態(tài)穩(wěn)定的真空，整個流量測量系統(tǒng)均處于真空狀態(tài)下，擴(kuò)大了流量測量范圍，特別是向小流量拓展。而且它的真空度可調(diào)控，以此來設(shè)置它的不同的流量范圍。

　　(2)整個流量測量系統(tǒng)既可以處于真空狀態(tài)下，又可以處在大氣狀態(tài)下，擴(kuò)大了流量測量范圍。

　　(3)當(dāng)整個流量測量系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下時，流量測量系統(tǒng)的真空度必須低于103Pa，以保證流量測量工作的正常進(jìn)行。

　　(4)滴管中液面的上升高度是預(yù)先設(shè)定的，并通過超聲波液位變送器發(fā)出液位訊號；液面上升某高度所需的時間由計時儀記錄，它受液位變送器發(fā)出的液位訊號所操控，從而避免了手動計時和眼睛觀察高度所引起的誤差，進(jìn)一步提高了測試精度。

　　(5)真空滴管式流量計在真空狀態(tài)下時，特別適宜于測量小流量。它可用較大直徑滴管來測量小流量，避免了小直徑滴管因毛細(xì)管作用引起的流量測試值偏低的情況，使測試更加準(zhǔn)確。

　　(6)真空滴管式流量計整個系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下，工作液（油）不會被灰塵和水蒸氣污染，保證了測量精確度。

　　真空滴管式流量計是最新研究成果，很可能存在考慮不周的地方，望批評指正。