● 摘要
小流量是指管径DN10以下或者流量在1l/min以下，小流量计量技术广泛应用于生物工程、精细化工、新型能源等行业。小流量校准装置是专门针对小流量传感器的校准实验平台，是获得小流量计的传感器系数和重复性等指标的有效手段，并且适用于各种不同敏感机理的小流量计。目前国内的小流量校准技术尚不成熟，国际上也没有提出标准的小流量校准装置，因此开展小流量校准装置关键技术研究意义较大。本文基于上述背景，针对目前国内外小流量校准装置的局限，尤其是流量不稳定对校准效果的影响，设计了一套液体小流量校准装置，采用气压调节作为稳定控制流量的方案，有效的提高了系统的流体稳定性。论文针对小流量校准装置的整体方案、结构设计和控制系统软硬件设计与实现等关键技术开展研究，完成的主要工作如下：
1.设计小流量校准装置的整体方案。分析各种流量溯源方法并选取静态称重法作为溯源方法；从稳压容器的结构设计、数学模型的建立、以及闭环控制方法等几个方面设计流量稳定方案；选择换向器方案；并最终设计出小流量校准装置的整体方案。
2. 设计小流量校准装置的整体结构。根据流体力学的原理分析系统的压力；根据系统压力及压损确定主要设备的规格，综合考虑工程实践应用选型其他各个部件；设计小流量校准装置的结构使其同时实现校准实验流程的正确和安装及维护的方便合理。
3. 设计实现小流量校准装置的控制系统。主要完成计时换向、流量调节、液位监控、数据采集以及人机交互等功能。控制器硬件以微控制芯片STM32为核心，包含单片机、FPGA微控制器，并以一个可编程触摸屏作为上位机；通过软件编程实现实验过程的自动化、流量校准结果的高精度和流量源的高稳定度。
4. 不确定度分析与系统性能验证。在小流量校准装置样机的基础上搭建实验平台，对小流量校准装置的性能进行实验研究和分析。
实验结果表明在理论分析结合实验验证的情况下，本装置不确定度约为0.05%；在参考流量计的参照下，本装置重复性约为0.05%；调压范围约为50~250kPa，稳定性约为0.5%。