微型孔板流量计原理的浮游菌采样器流量测量装

摘要：基于微型孔板流量计原理设计的浮游菌采样器流量测量装置，具有压损低，流量测量稳定性好，精度高。带温度、大气压补偿功能，通过调整流量校正系数修正至标准流量，校准方便。
0、引言：
    浮游菌采样器是用来测量空气中浮游微生物的仪器。仪器通过吸气装置将空气通过多孔采样头或狭缝吸入，撞击到培养皿上，空气中的微生物即被“捕获”到琼脂培养基上。再将培养基在微生物培养箱内培养，通过计数即可得出空气中微生物含量。仪器可广泛应用于制药工业、食品工业、饮料自来水、药检所、卫生防疫、医院、公共场所等有关行业和部门。
    浮游菌采样器作为一种成熟的仪器已经在企业、实验室广泛使用。随着我国国民经济的持续发展和经济结构深化转型，在暖通空调、净化技术等行业与国外的差距逐渐缩小，特别在洁净、微生物监测、测量方面，以苏州、吴江地区的洁净产品相关企业发展迅速。然而这些企业虽然能生产浮游菌采样器，但是他们用来检测流量的标准装置要么是购买从国外进口的设备，价格高，且由于标准装置采用叶轮风速仪的原理会因为使用环境差导致流量值逐渐偏低，而返回国外调整，周期长，费用高。要么自己制造的简陋的设备，精度低稳定性差，生产的产品经常被检出不合格而退货。为更好的推动企业技术革新进程中的质量控制问题，降低企业检测成本，研发低成本的浮游菌采样器的流量测量装置具有重大现实意义。

1、浮游菌采样器流量测量装置的原理：
    浮游菌采样器流量测量装置(以下简称测量装置)是基于微型孔板流量计原理设计的。孔板差压式流量计一类历史悠久、用量***大的流量计，以节流装置作为检测件的差压式流量计则是其中***广泛应用的一类流量计。我们称之为节流差压式流量计，他的应用范围之广至今尚无任何一类流量计可与之相比。所有的单相流体，包括液、气、蒸汽等皆可测量。部分混合相流体，如气固、气液、液固等亦可应用，一般工业生产中管径、工作状态(温度、压力)皆可测量，标准节流装置(如孔板、喷嘴)是全世界通用的，并得到国际计量组织认可(ISO05167)。其流量计算公式如下：

  式中:9，为采样流量，m3/h; C为流出系数;夕为直径比:刀=d/D a。为膨胀系数;d为孔板节流孔直径，m; D为孔板管道直径，m;如为孔板上游取压口与下游取压口压差，Pa; P为在测量流量时的温度和压力下的流体密度，kg/m3。
  考虑到理论计算与实际测量存在的差异，按照浮游菌采样器的采样条件，为保证流量测量精度，按照流量(20一100) IJmin,   (100一500) I}min}  (500一1000) L/min 3段，分别预设校正系数为K,、吸、长    式中:K为流量校正系数，按照(20一loo)L/min,  (100一500) L/min,   (500一1000)L/min分别为K, ,暇、长，数值无需计算，可以通过在流量标准装置上比对得出。

2、测量装置的设计：
    测量装置的设计，主要依据GB/T 2624.2-2006/ISO 5167-2:2003((用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第2部分:孔板》，取压口按照D,D/2设计，测量装置的长度符合标准设计要求。该装置主要由空气均流网、流量测量段、孔板、流量显示单元组成。装置结构图如to    由于在流量测量时压力较小，经计算，在1000L/min时差压不超过100Pa，在20L/min差压约在0.2Pa，经过选项验证，Sensirion公司的SDP 1000-LOS差压传感器满足使用要求。(见图2)。

图1测量装置结构图

图2差压传感器

    量程:(-5一125 ) Pa;输出电压:( 0.2s-4.0 )VDC;分辨率：0.05Pa;精度:0.2% FS。经过完全标定，线性补偿和温度补偿，无零漂，无偏移和滞后现象。对冲击不敏感，低功耗，良好的长期稳定性，对微小差压也可测量。差压传感器量程为(-:5一125)Pa可以满足在(20一1000)L/min范围内流量测量需求。
    温湿度及大气压测量要求不高，一般国产的传感器均能满足测量要求。
3、测量装置的调试、标定“
    利用本单位现有的气体流量标准装置，流量范围(8.3一33000) L/min,准确度等级0.25级，对测量装置进行标定。预设K , KZ. K3校正系数分别为1.000。其测量结果如下:

  以上结果可以满足浮游菌采样器的采样流量校准。

4、与国外同类项产品比较：
    当前市场上用于浮游菌采样器流量校准的标准器主要是由MBV公司生产的DA-100NT流量校验仪(图3)，该仪器内部有一个叶轮风速仪，通过测量气流速度根据其内部截面积计算流量，同时测量环境的温度和大气压。通过这两个参数的修正得到标准条件下的流量。仪器测量范围为(90一110)L/min，精度士1%，只能对100L/min的浮游菌采样器进行校准，而我国市场上面，浮游菌采样器主要有28.3L/min, 50L/min,  100L/mina种型号，对于另外2种型号.进口流量校验仪无能为力。

图3 DA-100NT流量校验仪
    由于该流量校验仪采用的叶轮风速的原理，仪器的测量精度会因为叶轮轴承磨损等原因降低，本单位有2台该型号仪器，在年初时候测量值为100L/min,年末时候再检测只有97.SL/min左右。一般2年左右需要回瑞士重新调整，时间在3个月左右，非常麻烦。而基于微型孔板流量计原理的测量装置一般当地的计量机构均可进行校淮，只需要按照校准结果重新设定长、Kz.凡即可满足使用要求。    选取2台浮游菌采样器，分别为国产和进口两种类型，具体信息如下:

    分别使用MBV公司的流量校验仪及测量装置检测流量，其检测数据如下:

    上述结果表明:测量装置测量进口浮游菌采样器时，其测量结果与进口的流量校验仪数据基本一致;当测量国产浮游菌采样器时其测量结果比进口的流量校验仪的数据略高。    经分析:进口浮游菌采样器一般带有流量传感器，当检测到流量变化时，仪器会自动调整采样流量。国产仪器一般不带流量传感器，检测时因为流量计的阻力因素，流量会略微降低，由于测量装置的阻力低于MBV公司DA-1 OONT的流量校验仪，故测量值比MBV公司DA-1 OONT的流量校验仪略高。
5、结论：
    基于微型孔板流量计原理的浮游菌采样器流量测量装置的测量范围及精度均能满足市场上现有浮游菌采样器的校准，相对于进口浮游菌采样器流量校验仪，该装置具有压力损失低、测量范围大、调试方便，适合我国国情。为今后的浮游菌采样器的产品标准的制定及产品的升级换代提供了良好的技术支持。