摘要(yao):基于RS-232接口的自(zì)動産泡皂膜流(liu)量計 ,添加了持(chí)續潤濕功能。采(cai)用皂液循環裝(zhuang)置(包括供液槽(cáo)和溢流槽),利用(yòng)供液槽橫截面(miàn)積大、液位始終(zhōng)不變的特點，以(yǐ)及恒㊙️定供液槽(cáo)液面與皂管出(chū)口間🈲的高度差(chà)，确保皂液量👄基(ji)本不變(經導液(ye)管内的棉芯流(liu)到皂管内壁)，保(bao).持穩定的潤濕(shī)效果。測定了上(shàng)、下限光電傳感(gǎn)器間距離長度(dù)變化條件下的(de)氣體流量,皂管(guan)測⛷️量區間不同(tóng)位置條件下的(de)氣體流量🚶,以及(jí)是否㊙️持續潤濕(shī)皂管條件下氣(qi)體的流量。氣體(tǐ)流量測量結果(guǒ)表明:随着上、下(xia)限光電🐇傳感器(qì)之間距離的增(zēng)加，氣體流量測(ce)得值不斷減小(xiao);選取❗靠近㊙️皂管(guan)進氣口方向相(xiàng)同距💰離測得的(de)氣體流量較大(dà),離進氣口越遠(yuan),測量值越小;持(chí)續潤濕皂管内(nèi)壁可以保持氣(qì)體流量測得值(zhi)的穩❌定。
0引言
　　自(zì)産泡皂膜流量(liang)計是一種能夠(gòu)自動産泡并且(qiě)對氣體流量進(jin)行連續計量的(de)容積式流量計(jì)。皂膜流⁉️量計實(shí)現💋自動産泡前(qian)，主要用于微小(xiǎo)氣量測量與檢(jiǎn)定，遵循國家計(ji)量檢定規程JJG586-2006年(nián)。無論🆚是直讀式(shì)玻璃管皂膜流(liu)量計，還是電子(zi)皂膜流量計，在(zai)測量氣體流量(liang)時，一般少于10次(cì)。通☎️過測量值的(de)極差和極差系(xì)數計算标準偏(piān)差，其精度等級(jí)最高可達0.5。同樣(yang),JJG6332005号👈規定:采用鍾(zhōng)罩式氣體流量(liang)标準裝置對氣(qi)體容積式👄流量(liàng)計進行檢定時(shí),将重複測量次(cì)數擴大到17次,精(jing)度等級爲0.2。一些(xie)電子皂膜流量(liang)計4也按.上述規(guī)定🏃🏻‍♂️進行設計和(he)制造。
　　持續潤濕(shi)自動産泡皂膜(mó)流量計是在遵(zūn)循以上國家标(biāo)準的前提下,自(zi)行設計的一種(zhong)自産泡皂膜流(liú)量計🔞，可以有效(xiao)保證濕潤效果(guo)。本文針對皂膜(mo)流量計測量結(jie)果的各種影🐅響(xiang)因素,對自設計(ji)的持續潤濕自(zì)動産泡皂膜流(liu)🌂量計在被測氣(qì)量大🔆小、皂液種(zhong)類、皂液濃度、皂(zao)管粗細、上👣下限(xiàn)傳感器間有效(xiào)距離長短、測量(liàng)區間位置、皂管(guǎn)是否持續潤濕(shi)等各方面的使(shi)用情況進行系(xi)統化研.究,找出(chū)氣體流量變化(huà)規✂️律5日,分析氣(qi)體流🌂量變化的(de)形成原因，爲實(shí)際應♋用者提供(gong)技術參考。
1持續(xù)潤濕自動産泡(pào)皂膜流量計
　　持(chi)續潤濕自動産(chan)泡皂膜流量計(jì)隻的結構包括(kuò)自🤞動産泡皂膜(mó)流量計網.(以下(xia)簡稱流量計)和(he)皂液循環裝置(zhi)兩部分🌐。流量計(jì)結構如圖1所示(shì)。
 
　　流量計的下部(bù)與。上部裝有下(xia)光電傳感器和(he)上光電傳感器(qì),用于對皂膜的(de)起始與結束進(jin)行檢測。有皂膜(mó)遮擋時,傳感器(qi)産生3~5V高電平;無(wu)皂膜時，産生0~1V低(dī)電平恩，分别通(tōng)😘過RS-232的第6引腳數(shu)💯據設置(datasetready,DSR)和第8引(yǐn)腳清除并發送(sòng)(cleartosend,CTS)傳至.上位機。程(chéng)序記🔞錄皂.膜通(tong)過兩個傳感器(qì)的時間，獲得時(shi)間差。根據兩個(gè)傳.感器間皂管(guǎn)的體積,計算所(suǒ)測氣體的流量(liàng)。皂膜通過下、上(shang)光電傳感器後(hou)，程序會啓動超(chao)時限定，檢測皂(zào)膜中間破滅和(hé)溢出皂管破滅(mie)㊙️，能夠在規定時(shí)間内🛀通過RS-232的第(dì)7根引腳RTS輸出高(gao)電平,通過電路(lù)闆驅.動推拉式(shì)電磁鐵,使重錘(chuí)下降浸入皂液(ye)中,皂管中液位(wèi)上升。當液位超(chao)過皂管進氣口(kou)上沿位置時,發(fa)送請求(requesttosend,RTS)輸出低(di)🤩電平,電磁鐵斷(duàn)電,使重錘升起(qi),皂管中液位下(xià)降。當皂液下降(jiang)🚶至進氣口.上沿(yan)時,開始🏒有皂泡(pào)🔴産生。随着🈚液位(wèi)的不斷下降,皂(zào)泡逐漸長大,并(bìng)沿皂管内壁從(cóng)💃皂液表面“剝離(li)”,形成平行于液(ye)🤩面的“皂膜”,在氣(qi)體的推動下向(xiàng)上移動。
　　圖1中的(de)升降台可以調(diào)節重錘一側皂(zao)液的高度，使初(chū)始液位與皂管(guan)進氣口下沿平(píng)齊,保證重錘下(xia)降時,液位上升(sheng)能夠漫過進氣(qi)口上沿。
　　皂液循(xun)環裝置主要由(yóu)供液槽和溢流(liú)槽組成,供液♍槽(cao)橫截面積大,液(ye)位始終不變，從(cóng)而保證供液槽(cáo)液面與皂管出(chū)口間的🙇‍♀️高度差(cha)恒定。經導液管(guan)内的棉芯流到(dao)皂.管内👈壁的皂(zao)液量基本不變(biàn),從而保持穩定(dìng)的潤濕🏃‍♂️效果。當(dāng)皂⚽管内的液💯位(wei)升高後,周期性(xing)下降的重錘會(hui)将多餘的皂液(ye)通過溢流軟管(guan)排至溢⛷️流槽内(nei)，從而形成一個(gè)控制皂管内液(ye)位恒定的循環(huán)系統。因此，需要(yào)操作者通過滴(di)管📧将溢流槽内(nèi)的皂液不斷移(yí)至供液☀️槽,或通(tong)過微型泵自動(dong)循環。
2試驗研究(jiu)
　　試驗内容:①改變(bian)測量區間長度(dù)對氣體流量的(de)影響;②改變🏃🏻測量(liang)區間位對氣體(ti)流量的影響;③是(shì)否持續.潤濕對(duì)氣體流量的影(yǐng)響。
2.1試驗條件
　　試(shi)驗采用兩種規(gui)格皂管:一種爲(wèi)50mL,内徑16mm,長430mm;另一種(zhǒng)爲🔴100mL,内徑19mm,長480mm。HGJLH509T型🐅開(kāi)關電源可将220V交(jiāo)流電轉變爲4~24V直(zhí)流電,爲電路闆(pǎn)和推拉式電磁(ci)鐵供電。SRD05VDC-SL-C型繼電(dian)器模塊能夠實(shí)現電磁鐵.的開(kāi)關控制。試驗選(xuan)取市售泡泡水(shuǐ)配制皂液。
2.2試驗(yan)過程
　　改變測量(liàng)區間長度試驗(yan)選取50mL皂管,将下(xia)光電傳感器固(gù)定于皂管的0mL刻(kè)度線位置，上光(guāng)電傳感器分别(bié)固定🌏于10mL、15mL、20mL、35mL和45mL刻度(dù)🌐線。試驗前,按JJG586-2006規(gui)程對皂管進行(hang)清洗，泡泡水🚶和(he)水按1:10比例配制(zhi)爲試驗用皂液(ye)。将皂管内🛀🏻壁用(yong)所配制皂液充(chong)‼️分潤濕,然後固(gù)定于支架上,運(yun)行程序,自動收(shōu)集數據。
　　改變測(cè)量區間位置試(shi)驗選取100mL皂管,将(jiang)下光電傳感器(qi)置于0mL刻度線,移(yí)動上光電傳感(gǎn)器分别置.于20mL、40mL、60mL和(he)80mL刻🏃🏻度線,稱爲“20mL_自(zì)下而上🈲”、“40mL_自下而(er)上”、“60mL_自下而上”和(he)“80mL_自下而上”。同理(li)，将上光電傳感(gǎn)器置于100mL刻度線(xiàn),以此爲基線✉️移(yi)動下光電傳感(gan)器,分别置于80mL、60mL、40mL和(he)20mL刻度線，稱爲“20mL_自(zi).上🛀而下”、“40mL_.自上而(ér)下”、“60mL_自上而下💃🏻”和(hé)“80mL_自上而下”。将泡(pào)泡水與水按1:1比(bǐ)例配成不同濃(nóng)度皂液。
　　是否持(chi)續潤濕試驗選(xuǎn)取50mL皂管,将泡泡(pào)水與水按1:2、1:5和1:10比(bi)例配成🤟不同濃(nóng)度皂液。下光電(dian)傳感器置于0mL刻(ke)度線，上光電傳(chuan)感器置于45mL刻度(dù)線。持續潤濕時(shi)保證供液槽内(nei)液位高于皂管(guan)出口高度120mm,觀察(chá)皂管内壁有‼️液(ye)膜附着;非持續(xù)潤濕.是在試驗(yan)初始時僅潤濕(shī)--次☎️,在之後的連(lian)續測量過程中(zhong)不再進行潤濕(shi)。
3試驗結果與分(fèn)析
3.1測量區間長(zhang)度
　　針對相同氣(qi)源,改變測量區(qū)間長度,得到對(dui)應的氣、體流🥵量(liàng)對比曲線如圖(tu)2所示。
 
　　由圖2可以(yǐ)看出,每一條曲(qu)線都對應兩種(zhǒng)狀态,一種是平(píng)衡狀态,即時間(jiān)足夠長,所測流(liú)量達到一個穩(wěn)定值,然後基本(běn)保持不變,在曲(qǔ)線中出現一“平(píng)台”;另--種爲過渡(dù)狀态,即從開始(shi)測量👨‍❤️‍👨到平衡狀(zhuàng)态之間的動态(tài).變化過程,測量(liàng)曲線中表現爲(wei)“下坡🥵”。測量區間(jiān)🥰越短，過渡狀态(tai)對應時間越長(zhǎng),這種變化趨勢(shi)越緩慢。由10mL和15mL曲(qǔ)線♋可以看出,這(zhè)種緩慢變化出(chu)現的🥵“階梯”現象(xiàng),達到平衡狀态(tai)後，對應的流量(liang)值較大。測量區(qu)間越長,過渡狀(zhuang)态經曆的時間(jiān)越短,曲💘線越陡(dǒu)，35mL和45mL曲線出現明(míng)顯的下滑态勢(shì),很快趨于平衡(héng)狀态。穩定後對(dui)應的測量值較(jiào)小。同樣的氣源(yuan)氣量,由于測量(liang)👅區間長度的變(biàn)化,會導緻穩📐定(ding)後的測量值出(chu)現誤🐇差。
3.2測量區(qū)間位置
　　采用相(xiàng)同氣源,選取相(xiang)同長度測量區(qu)間,隻是改變測(ce)量區間的位置(zhì),相當于将上、下(xia)光電傳感器間(jian)的距離固定,沿(yan)皂管方向上下(xià)移動，一種自上(shàng)而下,另一種自(zi)🆚下而上。不同測(ce)量區間位置氣(qi)體流量對比🏒如(rú)圖3所示。各位置(zhi)測🏃🏻‍♂️得的流量值(zhi)明顯不同。無論(lun)固定體積取多(duō)大,自下而上❓測(ce)量值都較大;反(fan)之,自上💛而下測(cè)量值普遍較小(xiao)。由于本次試驗(yan)采用的是100mL皂管(guǎn),測量時🏃間較短(duǎn),并且泡泡水與(yǔ)水比例爲1:1,對皂(zào)管的潤濕.性能(neng)較好，曲線基本(ben)保持“平台”狀态(tai)。
 
3.3持續潤濕與初(chū)始潤濕.
　　持續濕(shī)潤與初潤條件(jiàn)下,氣體流量對(duì)比如圖4所示。
 
　　爲(wèi)了獲得持續穩(wěn)定的“平台”式測(ce)量曲線,設計了(le)持續潤濕與初(chu)始潤濕對比試(shi)驗。采用不同濃(nóng)度的泡泡.水皂(zao)液,對兩種工況(kuàng)進⛹🏻‍♀️行了長時間(jiān)的測量。結果發(fā)現，對于相同的(de)皂液,持續潤濕(shī)自始✔️至終都會(huì)保持相同的測(cè)量值,呈現一條(tiao)水平直線,這與(yǔ)設計構🐆想相吻(wen)合。僅在初始時(shi)刻潤濕皂管,随(suí)着時間的延🐕長(zhǎng)，測量值不斷👌下(xià)降,最後趨于一(yī)穩定值,這與🈲改(gǎi)變測量區間長(zhǎng)度結果一緻。由(you)此說明,連續測(cè)量沒有🌂實現JJG586-2006所(suǒ)規定的獨立試(shì)驗條件,每次試(shi)驗都是在潤濕(shī)狀況發生變化(huà)的條件下進🥵行(hang)的,這是自動産(chan)泡㊙️皂膜流量計(ji)面臨🌂的最大問(wèn)題。而消除辦法(fǎ)是采用👌持續潤(rùn)濕,達到每次試(shì)驗都相同的條(tiao)件。當皂液濃度(du)不同時，向泡泡(pào)水中加入的水(shuǐ)越多,初始潤濕(shi)後試驗測得值(zhí)很快便“下跌”至(zhì).平衡狀态⚽穩定(dìng)值,說明水對皂(zào)膜的潤濕效果(guo)影響較大。
3.4結果(guo)分析
　　皂管内壁(bi)不同潤濕工況(kuang)及皂膜的受力(li)分析如圖5所示(shi)。
 
　　皂液在皂管内(nei)壁形成潤濕層(ceng)的厚度與皂液(ye)性質有關，即取(qu)決🚶‍♀️于皂液的潤(rùn)濕角與表面張(zhang)力。試驗前🔞,皂管(guan)被皂液潤濕後(hòu),内壁自.上而下(xià)形成均勻的液(yè)膜,稱爲潤濕層(ceng)。随着時間的延(yan)長:一方面被測(cè)氣體流經皂管(guǎn)内部時，會帶走(zou)内壁液膜表層(céng)蒸汽分子,加快(kuài)液膜的🏒蒸發過(guo)程，導緻液膜變(biàn)薄📞,越靠近液面(mian),蒸汽壓越大,内(nei)壁潤濕性相對(duì)較好,離皂管口(kou)越近,被氣體帶(dai)走的皂🔱液無法(fa)及時補充，最先(xiān)出現潤濕層消(xiāo)失;另一方面,附(fu)🚶着在内壁的皂(zào)液由㊙️于自身重(zhong)力的作用不斷(duan)下滑，導緻靠近(jìn)液面的潤濕層(céng)“堆積變厚”，而皂(zao)管上部💋被“拉薄(báo)”,雖然皂膜在上(shang)升過程中會以(yi)波浪式擠壓内(nei)壁潤濕層向上(shang)移動,但由于間(jiān)隔時間較長,這(zhè)種效果并不顯(xian)🏃🏻‍♂️著🔆。“流動氣體”與(yǔ)“自身重力”雙重(zhong)🌍作用導緻在皂(zao)管上部最先🌂出(chu)現潤濕層的萎(wěi)縮,形成“片”狀的(de)局部潤濕狀态(tài),稱爲“半潤濕☁️層(ceng)”。時間進一步延(yan)長後,皂管上部(bu)沒有皂液補充(chōng),局部的液滴完(wán)全蒸發完畢，露(lu)出皂管内壁,失(shi)去與皂液間的(de)潤濕效果,稱爲(wèi)“幹燥層”。
　　當“皂泡(pao)”被進入的氣體(ti)從皂液表面“剝(bao)離”形成“皂膜”後(hòu),在💘氣♻️體的驅動(dòng)下,以“活塞”形式(shì)向上運動。此時(shí)，皂膜較厚,如圖(tu)5所🈲示，皂❌膜在潤(run)濕層形成的軌(guǐ)道上滑動,将皂(zao)🐆膜放大爲“液柱(zhu)”。液柱與潤濕層(céng)在上部和下部(bù)形成的潤濕角(jiao)分别爲上潤濕(shi)角θup1和下潤濕角(jiao)θawnl。将液柱視爲一(yī)🙇‍♀️個獨立研究對(dui)象,皂液對💃🏻其向(xiàng)上與向🥰下的表(biao)面張力作用大(da)小相等👣,方向相(xiang)反,相互抵消。當(dang)皂膜進入半潤(rùn)濕層後🐕，上潤濕(shi)角一邊與局部(bù)液滴作用,一邊(biān)與裸露的内壁(bi)作用，形成的潤(run)濕角θup2較🙇🏻大,向上(shàng)的表面張力變(biàn)小;而下🈲潤濕角(jiǎo)θdown2基本不變，向❗下(xia)的表面張力基(ji)本保持恒定,導(dǎo)緻皂膜受到向(xiang)上的合力減小(xiao),相當于阻力增(zēng)加，皂膜速度減(jian)慢。當皂膜進入(ru)幹燥層後,由于(yu)缺少了潤濕層(céng)，下潤濕角θdown3增大(dà)，表面張力對皂(zao)膜向下的拉力(li)減小;上潤濕角(jiao)θup3由銳角增大到(dao)鈍角,表面張力(li)方向由向上改(gai)爲向下,即此時(shi)皂膜受到表⛹🏻‍♀️面(miàn)張力的🐅合力方(fang)向向下，導緻皂(zào)膜前進的阻力(li)進一步增強,皂(zao)膜速度✌️更慢。
　　由(you)以上分析可以(yi)看出,皂膜在潤(rùn)濕層行進時爲(wei)初始平衡狀态(tai),在裸露皂管内(nèi)壁行進爲最終(zhong)平衡狀态,在半(bàn)潤濕層爲過✔️渡(du)狀态。
　　結合試驗(yan)研究,在改變測(ce)量區間長度和(he)初始潤濕過程(chéng)👅中🈲,由于僅在測(ce)量前進行一次(cì)性潤濕,後續沒(mei)有繼續保持潤(run)濕的狀态,皂膜(mó)經曆了潤濕層(ceng)、半潤濕層和🐅幹(gàn)燥層㊙️.受到的行(háng)進阻力不斷加(jiā)大,因此,表現爲(wei)皂膜速度逐漸(jian)降低。而持續潤(rùn)濕試驗說明,及(jí)🛀時補加皂液能(néng)夠保護皂管内(nèi)壁潤濕層,皂膜(mo)可以在光滑膜(mó)層上無阻力運(yùn)動，因此.測量值(zhí)不僅穩定,而且(qie)數值較大,驗證(zheng)了上述分析過(guò)程的正确性。此(ci)外，改變測量區(qū)間長度時,自下(xia)而上距離越短(duǎn),潤濕🏃🏻‍♂️層保存得(dé)越好,測量值越(yuè)大;越往上,潤濕(shi)層越薄，出🔴現斷(duan)裂破壞區,測量(liàng)值開始下降,并(bìng)且數值減小。.
　　改(gai)變測量區間長(zhǎng)度時,越靠近皂(zào)液液面,潤濕層(céng)越厚，皂膜所受(shòu)阻力越小，測量(liang)值越大;越接近(jin)皂管出口，潤濕(shī)層越薄，皂膜♈受(shòu)到🏃阻力加大,皂(zào)膜速度變慢,測(ce)量值減小。因此(ci)，當取相同測量(liàng)區間長度時，越(yuè)靠近皂液.液面(mian)皂膜受到的阻(zǔ)力越小，測量值(zhí)也越接近真實(shi)值,即.精度越高(gao)。
　　綜上分析可以(yǐ)看出，使用自動(dong)産泡皂膜流量(liàng)計測量氣體流(liu)⁉️量時,影響測量(liàng)值準确性的因(yīn)素較多。究其原(yuan)因,主📐要是皂管(guǎn)内壁形成潤濕(shī)層的情況。爲了(le)保證測晶物的(de)👅生成。
⑤彎管流量(liàng)傳感器采用法(fǎ)蘭連接，以便拆(chāi)裝和對髒污介(jiè)♉質的清洗。
現場(chang)使用實踐表明(ming)，上述措施是有(you)效的。
4.3超聲流量(liang)計在腐蝕性介(jiè)質中的應用
　　外(wai)夾式超聲流量(liàng)計在腐蝕性介(jie)質流量測量中(zhōng)具有獨特的優(you)勢。該流量計不(bu)與腐蝕性介質(zhì)直接接📱觸。但由(you)于聲阻♻️抗的約(yue)束條件，被測氣(qi)體的壓力必🔴須(xu)高于一定值才(cái)能實現正常測(cè)量。例如GC868型外夾(jia)式🔆超聲流量計(ji),被測氣體壓力(lì)一般需高于0.6mPa;而(er)外夾式超聲流(liú)量計壓力一般(ban)應高于0.4mPao
　　對于帶(dài)非金屬内襯的(de)管道,用超聲流(liú)量計測量管内(nèi)介🌈質流量🔱,儀表(biǎo)制造廠總是強(qiang)調在内襯與金(jin)屬管之間不能(néng)有氣隙。但是在(zài)實際的内襯管(guan),無法保證内襯(chèn)與金屬🆚管之間(jiān)完全沒有氣隙(xì)。
5結束語
　　在流量(liàng)測量中,被測流(liú)體的複雜性、要(yào)求的多樣性和(hé)工💋況的特殊性(xìng)爲測量帶來了(le)困難。但這些特(te)點🌈也推.動了這(zhe)門⭐技術的發展(zhan)。于是，流量計種(zhong)類雖然已經有(yǒu).上百種,但每年(nián)仍有新型流量(liang)計問世。
　　标準差(chà)壓式流量計 量(liang)程比不夠寬，主(zhu)要制約因素是(shì)量程低端差壓(ya)測量精确度。在(zài)✂️原有差壓流量(liàng)計的基礎上,增(zeng)設一台低量程(chéng) 差壓變送器 ，以(yǐ)提高量程低端(duān)的差壓測量精(jing)度,構成雙量程(cheng)差壓流量計,從(cong)而大大拓寬量(liang)程比。
　　标準孔闆(pǎn)不切斜角後就(jiu)可測量雙向流(liú)量。在氣體和蒸(zhēng)汽的雙👈向流測(cè)量中,标準孔闆(pǎn)雙向流量計具(jù)有優📱越性。
　　在濕(shī)氣體流量測量(liàng)中,孔闆前積水(shuǐ)、 三閥組 内積水(shui)和差壓變送器(qi)高低壓室内積(ji)水的現象普🏃‍♀️遍(bian)存在。，針㊙️對這三(san)個問題作了改(gǎi)進後的濕氣體(ti)流量計,可靠性(xìng)和🌈精度大大提(ti)高。
　　強腐蝕、易結(jié)晶、低靜壓介質(zhì)的流量測量具(jù)有難度。采用新(xīn)型氟塑料噴塗(tú)的彎管流量傳(chuán)感器，配以吹👉氣(qi)和伴熱保溫等(děng)措施，能使問題(ti)得到解決。

本文(wén)來源于網絡,如(ru)有侵權聯系即(jí)删除！