微小流量测量用流量计有哪些类型

微小流量测量是精密测量领域的一个重要分支，对流量计的灵敏度、分辨率、精度和可靠性要求极高。微小流量通常指液体在毫升/分钟（mL/min）到微升/分钟（µL/min，甚至nL/min）级别，气体在毫升/分钟到标准升/小时（sL/h）级别。

根据测量原理，微小流量计主要分为以下几大类型：

一、液体微小流量计

1. 热式质量流量计

原理：通过加热流体并测量上下游温差（温度差法）或保持温差恒定所需的加热功率（功率消耗法）来测量质量流量。对流体密度变化不敏感。

特点：

直接测量质量流量，无需温压补偿。

响应速度快，可测极低流速。

无活动部件，压力损失极小。

适用：纯净液体、化学试剂、色谱仪、微反应器、药物灌注、实验室研究。

限制：对流体物性（比热容）敏感，不适合成分多变的介质。

2. 科里奥利质量流量计（微型化）

原理：通过测量流体流经振动管时产生的科里奥利力（相位差）来直接测量质量流量，并可同时测得密度。

特点：

测量精度极高，是精度最高的微小流量测量方式之一。

可同时测量密度、温度，间接计算浓度。

不受流体物性、温度、压力变化影响。

适用：对精度和可靠性要求极高的场合，如精密配料、化学反应过程控制、高价值流体计量。

限制：价格昂贵，对安装有较高要求，大尺寸管道不经济。

3. 容积式流量计（特殊设计）

原理：通过测量流体充满和排空微小固定容积腔体的次数来计量流量，常见的有椭圆齿轮、活塞、隔膜等微型化设计。

特点：

精度高，重复性好。

对粘度变化不敏感，适合测量高粘度液体（如油墨、药剂）。

适用：精密加注、注射泵、粘度较高的微流量场合。

限制：有活动部件，可能对纯净流体产生污染或磨损，压力损失相对较大。

4. 层流压差式流量计

原理：基于层流状态下（低雷诺数）流量与压降成正比的哈根-泊肃叶定律。通过测量层流元件前后的压差来计算流量。

特点：

结构简单可靠，响应快。

可测量极低流速，线性度好。

适用：洁净气体和液体的低流速测量，如实验室、分析仪器、呼吸设备。

限制：流体必须保持层流状态，对洁净度要求高，需要温压补偿。

5. 超声波流量计（时差法）

原理：通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差来计算流速。微型化设计用于微小管道。

特点：

无任何接触流体的活动部件，无压损，不干扰流场。

可测腐蚀性、高纯度流体。

适用：生物制药、半导体行业超纯水、腐蚀性化学品的非侵入式测量。

限制：对气泡、颗粒敏感，小管径应用时对安装精度要求极高，价格昂贵。

6. MEMS（微机电系统）流量传感器

原理：利用半导体工艺制造，通常结合热式或压差式原理，将传感器、流道和处理电路集成在芯片级别。

特点：

体积微小，响应极快，功耗低。

易于集成到便携设备、分析仪器、医疗设备中。

适合大批量、低成本应用。

适用：可穿戴医疗设备（如胰岛素泵）、无人机燃油控制、消费电子、微型分析仪器。

限制：量程和测量介质（腐蚀性、颗粒物）有限，易受污染。

二、气体微小流量计

气体微小流量计类型与液体有重叠，但有其侧重点：

热式质量流量计：是气体微小流量测量的绝对主流，原理同液体型，但设计更优化。响应快、精度高、量程比宽，广泛应用于半导体工艺气体、环境监测、燃料电池、实验室气体分析。

层流压差式流量计：同样非常适用于洁净气体，结构简单耐用，常用于呼吸机、麻醉机、发动机进气测量等。

皂膜流量计：一种经典的初级标准或实验室校准用的体积流量计。通过测量皂膜移动固定容积的时间来得到流量。精度极高，常用于校准其他微小流量计，但非工业在线仪表。

可变面积流量计（浮子流量计，微小规格）：结构简单，价格低廉，直观可视。常用于实验室、教学演示、设备指示。精度一般，需垂直安装。

选型关键考量因素

流体性质：液体/气体、洁净度、粘度、腐蚀性、导电性。

流量范围：最小和最大流量（关注量程比）、所需分辨率。

精度要求：是过程监控还是贸易计量？

压力与温度：工作压力、温度范围及是否需要温压补偿。

响应速度：动态过程控制需要快速响应。

压力损失：系统允许的压降。

输出与接口：模拟量、数字通信协议、电源要求。

安装条件：空间限制、管道方向。

法规与认证：医疗、防爆、卫生等级等特殊要求。

总拥有成本：包括采购、安装、维护、校准成本。

总结：对于液体，热式、科里奥利、MEMS 是主流选择；对于气体，热式占据主导地位。在实际选型中，必须根据具体应用场景和上述因素进行综合权衡。在高价值或关键工艺中，建议与专业厂家深入沟通，甚至进行样品测试。