给出传统方法校准电子皂膜流量计的原理及过程，针对现状提出新的校准方法———置换法。 详述了置换法的工作原理、装置结构及操作过程，给出了示值误差公式，提出了操作注意事项，并与传统方法进行数据比对分析，总结了置换法的优点，希望能在校准或检测工作中得到推广和应用。

0.引言

目前用于测量微流量和小流量的计量器具主要有电子皂膜流量计、层流流量计、热式质量流量计等几种，与其它微小流量计量器具相比，电子皂膜流量计制造成本低、操作便捷，在科学实验、工业生产和理化分析等各个领域有着广泛的应用。 随着仪器制造技术的提升，电子皂膜流量计的测量范围已经可以达到 1mＬ / min ~ 30Ｌ / min。

校准电子皂膜流量计主要参照国家相关规程 来进行，常用的标准器是钟罩式气体流量标准装置。 然而，使用钟罩校准 100mＬ / min 以下微小流量电子皂膜流量计时，试验时间长、容积分辨率低，试验过程中容易受到室温变化、钟罩压力变化、相对湿度变化等环境因素的影响。 以下将分析传统方法校准电子皂膜流量计的实现过程及不足之处，再提出一种新型的校准方法。

1.传统方法实现过程

利用钟罩式气体流量标准装置(0. 2 级，20Ｌ) 对电子皂膜流量计开展校准的传统方法原理图如图 1 所示。

气源由钟罩提供，气流经流量调节阀调节流量后进入电子皂膜流量计。

注意应该使用清洁气体并保证气源压力波动小于 10Pa;试验过程中气温、室温变化小于 0. 5℃ 。

1）提升钟罩，待钟罩稳定后，开启出气阀，通过流量调节阀，将流量调至需校准的流量点。

2) 试验开始后，系统接收钟罩的输出脉冲并计时;记录钟罩及电子皂膜流量计的压力和温度值;每隔 2min 记录一次电子皂膜流量计的流量显示值。

3) 待系统接收脉冲数达到预设数量，系统自动停止检测，记录各试验数据，完成试验过程传统方法技术成熟、自动化程度高，在校准中流量和大流量时应该优先使用。

2.传统方法存在的不足

利用传统方法对标称流量小于 100mＬ / min 的电子皂膜流量计进行校准时发现，对于 10mＬ / min、20mＬ / min、30mＬ / min 等微小流量点，被检流量计的示值误差、重复性和稳定性都不好。 进行试验数据和理论分析发现，用传统方法存在以下两点不足。

2. 1 相对湿度影响大

钟罩往往使用精白油进行密封，因此钟罩内部气体的湿度较低，与实验室内的环境湿度差不多，然而气流经过电子皂膜流量计的皂液后，气体的相对湿度就会变大，可认为达到 100% RＨ。 有数据表明，室温为 20℃ ，大气压为 101. 325kPa，相对湿度为 65% RＨ 的空气，当相对湿度增加到 100% RＨ 时，水蒸气占空气总体积的比例由 1. 298% 变化为2. 318% ，如果湿度补偿不到位的话，仅由相对湿度带来的误差就已经超过 1% 。

2. 2单次试验时间长

由于 20Ｌ 钟罩的最小分度值限制，为了减少读数带来的误差，单次试验至少需要采集 1000 个脉冲。 钟罩的脉冲当量为 3. 5mＬ / P，在 10mＬ / min 的流量下， 1000 个脉冲的试验时间为 350min (5. 83h) ，校准三次就是 17. ４9h，显然耗时太长。

3.置换法的提出

3.1试验装置及其技术要求

如图 2 所示，气源依旧由钟罩提供，气流先流经电子皂膜流量计，接着进入储水容器，该储水容器下部盛水，上部空间只能允许气体进入，因此可认为是一个密闭容器，容器出口装调节阀，调节阀后有细口瓶，用于接收容器流出来的水。 电子皂膜流量计前端装有压力表 P1 和温度表 T1 ;容器液体上部装有压力表 P2 和温度表 T2 ;液体宜采用蒸馏水;容器最小容积应为最大流量值的 500 倍至 1000 倍，建议 30Ｌ 至 100Ｌ，这样在一次试验中(5min 内) ，水面下降高度较小，容器中的空气压力变化也较小。细口瓶的瓶口在方便操作的前提下应尽可能小，这样可以防止试验过程中水的挥发。 另外，还应准备一台电子天平 (  级， d = 0. 01g ) 和 1 只秒表(0. 01s) 。

3. 2 操作过程

1) 带上干手套，用天平称量细口瓶的皮重 m1 并记录。

2) 打开流量调节阀， 调节流量， 直到皂膜流量计示值为校准流量点; 调节阀后面暂不加细口瓶。

3) 等待 1min 以消除开关阀门对气体容器中气流的干扰;将细口瓶迅速放置流量调节阀后端，接住容器内流出的水;同时启动秒表计时;记录电子皂膜流量计及容器的压力和温度值:p1 、p2 、T1 、 T2 ;每隔 2min 记录一次电子皂膜流量计的流量显示值。

４) 试验 3min 后，撤离细口瓶的同时停止秒表计时，记录时间 t1 ，细口瓶此时总重 m2 ，电子皂膜流量计平均流量显示值 qV 。 注意:由于单次试验时间不长，且细口瓶瓶口较细，瓶中水蒸气的挥发可以忽略不计。

3. 3 示值误差计算

式中:E 为示值误差，% ;qv 为电子皂膜流量计平均流量显示值，mＬ / min;qS 为标准值，mＬ / min。

研究表明，水在密闭空间容器中第 1min 内蒸发速度很快;1min 后蒸发速度开始下降，1 ~ 10min 内蒸发量变化不大，室温 23 ~ 26℃ 时，变化量约为(2~ ４) % RＨ。 水的蒸发与温度有关，温度越高，1min

内密闭容器内气体的蒸发量越大， 相对湿度也越高。 由于 1min 观测时间内水的蒸发速度极快，以至于可以忽略进入密闭容器气体的原来湿度大小，不同湿度气体进入储水密闭容器内 1min 后湿度值基本接近。 故可认为气流经过电子皂膜流量计时相对湿度为 100% ，进入密闭容器后 1min 左右后，湿度为容器内的湿度，经过测量为 80. 1% RＨ( 大气压 101. 3kPa，室温 20℃ ) 。 计算密闭容器中干空气的体积公式为:

式中:V 为 t1 时间内进入容器内干空气的体积，mＬ; m1 、m2 分别为细品瓶测量前、后的重量，g;ρ 为蒸馏水的密度，g / mＬ;θ 为容器内水蒸气占气体体积的百分比值，% ;pS 为容器内环境温度对应下的饱和蒸汽压，kPa;φ 为容器中的相对湿度，% RＨ;p0 为容器内的气体压力，kPa。

由理想气体状态方程可得:

结合式(1) ~ (４) 可以计算出电子皂膜流量计的示值误差 E。

3.４.注意事项

试验前，清洗电子皂膜流量计的内壁( 有需要的话还要加注皂液) ，确保内壁干净无杂物粘附;检查流量计上下传感器是否松动，若有松动现象则要先进行维修后再进行试验;确定流量计的示值是干空气的流量值还是相对湿度下的流量值;流量计是否需要人工输入表前压力、表前温度、相对湿度等信息。

试验用细口瓶的外壁应该干净整洁，无水滴残留;秒表启动操作和放置细口瓶应该同步且准确到位;秒表停止操作和撤离细口瓶也应同步且准确到位。

3. 5 校准结果比较

利用传统方法和置换法分别对同一台电子皂膜流量计的 50mＬ / min 流量点进行校准，校准数据分别如表 1、表 2 所示，示值误差比对曲线如图 3 所示( 其中 X 轴为校准次数序号，Y 轴为示值误差) 。

可见，置换法校准结果的示值误差、重复性等指标明显优于传统方法。

3. 6 置换法优点

1) 工作效率高。 利用电子天平替代钟罩成为主标准器，增加了容积分辨率，缩短了试验时间，提高了试验效率，降低了实验室电能损耗。

2) 测量重复性好。 使用传统方法校准一个微小流量点可能需要几小时到十几个小时，期间环境条件易产生变化，造成校准结果准确度低、重复性变差等现象;而置换法的试验时间较短，电子天平的分辨力高，环境因素带来的附加误差较小，故重复性较好。

４.结束语

应用传统方法校准微小流量电子皂膜流量计时，存在试验时间长、效率低、重复性差、易引入其它附加误差等问题，因此笔者提出一种新的校准方法———置换法。 该方法准确度高、 重复性好， 尤其是在校准 100mＬ / min 以下流量时，可以大大提高工作效率。 行业内关于皂膜流量计或流量装置有一些应用文章，读者可以结合本文观点进行综合应用。 需要注意的是该方法目前还不是标准方法，方法可靠性数据有待于进一步积累和验证，因此不能用于检定工作场合;但可在校准或者检测工作中推广使用。