摘要(yào):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(cao)和溢🌂流槽),利用(yong)供液槽橫截面(mian)積大、液位始終(zhong)不變✏️的特⭕點，以(yi)及恒定供液槽(cáo)液面與皂管出(chu)口間的高度⁉️差(cha)，确保皂液量基(jī)本不變(經導液(ye)管内的棉芯流(liu)到皂管内壁)，保(bǎo).持穩定的🏃🏻‍♂️潤濕(shi)效果。測定了上(shang)、下限光電傳感(gǎn)器間距離長度(du)變化條件下的(de)氣體流量,皂管(guǎn)測㊙️量區間不同(tóng)位置條件下的(de)氣體流量,以及(ji)是否持續潤濕(shi)皂管🐪條件下氣(qi)🚶‍♀️體的流量。氣體(tǐ)🔞流量測量結果(guo)表明:随着上、下(xià)限光電🌈傳感器(qì)之間距離的增(zēng)加，氣體流量測(cè)得值不斷減小(xiǎo);選取靠近皂管(guǎn)進氣口方向相(xiang)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(chi)續潤濕皂管内(nei)壁可以保持氣(qi)體流量測得值(zhi)的穩定🌏。
0引言
　　自(zì)産泡皂膜流量(liàng)計是一種能夠(gou)自動産泡并且(qiě)對氣☂️體流量進(jìn)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(xiao)氣量測量與檢(jian)定，遵循國家計(ji)量檢定規程JJG586-2006年(nián)。無論是直讀式(shi)玻璃管皂膜👌流(liu)量計，還是電子(zǐ)皂膜流量計，在(zài)測量氣體流量(liang)時，一般少于10次(ci)。通過測量值的(de)極差和極差🔞系(xi)數計算标準偏(pian)差，其精度等級(ji)最高可達0.5。同樣(yàng),JJG6332005号規定:采用鍾(zhong)罩式氣體流量(liang)标準裝置對氣(qì)體容積式🙇‍♀️流量(liang)計進行檢定♊時(shí),将重複測量次(ci)數擴大到17次,精(jīng)度等級爲0.2。一些(xiē)電子皂膜流🔴量(liàng)計4也按.上述⭐規(gui)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(zì)行設計的一種(zhǒng)自産泡皂膜流(liú)量計，可以👄有效(xiào)保證濕潤🚩效果(guǒ)。本文針對皂膜(mo)流量計測量結(jié)果的各種影響(xiang)因素,對自設計(jì)的持續潤濕自(zì)動産泡皂膜流(liú)量計在被♻️測氣(qi)量大小、皂液種(zhǒng)類、皂液濃度、皂(zào)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(shī)等各方面的使(shǐ)用情況進行系(xi)統化研.究,找出(chū)氣體流量變化(hua)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(pao)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(mo)流量計網.(以下(xià)簡稱流量計)和(hé)皂液循環裝🥵置(zhi)兩部分。流量計(jì)結構如圖1所示(shi)。
 
　　流量計的下部(bù)與。上部裝有下(xià)光電傳感器和(hé)上光電傳感器(qi),用于對皂膜的(de)起始與結束進(jin)行檢測。有皂膜(mo)遮擋時,傳感器(qi)産生3~5V高電平;無(wú)皂膜時，産生0~1V低(di)💚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(yin)腳清⭐除并發送(song)(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(guan)♌的體積,計算所(suo)測氣體的流量(liàng)。皂膜通過下、上(shàng)光電傳感器後(hou)，程序會啓動超(chāo)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(di)7根引腳RTS輸出高(gāo)電平,通過電路(lù)🏃🏻闆驅.動推拉式(shì)電磁👅鐵,使重錘(chui)下降浸入皂液(ye)🐇中,皂管中液位(wei)上升。當液位超(chao)過皂管進氣口(kǒu)上沿位置時,發(fā)送請求(requesttosend,RTS)輸出低(dī)電平,電磁鐵斷(duan)電,使重錘升起(qi),皂管中液位下(xia)降。當皂液下降(jiang)🔴至進氣口.上沿(yán)時,開始有皂泡(pao)🙇🏻産生。随着🔅液位(wèi)的不斷下📧降,皂(zào)泡逐漸長大,并(bing)沿皂管内壁從(cong)🌍皂液表面“剝離(li)”,形成平行于液(yè)面的“皂膜”,在氣(qì)體的🆚推動📐下向(xiang)上移動。
　　圖1中的(de)升降台可以調(diao)節重錘一側皂(zao)液的高度，使初(chu)始液位與皂管(guǎn)進氣口下沿平(píng)齊,保證重錘下(xià)降時,液位上升(shēng)能💞夠漫過進氣(qi)口上沿。
　　皂液循(xún)環裝置主要由(yóu)供液槽和溢流(liu)槽組成,供液槽(cáo)🥵橫截面積大,液(yè)位始終不變，從(cong)而保證供液槽(cáo)液面與皂管🤩出(chu)口間的高度差(cha)恒定。經導液管(guan)内的棉芯流到(dào)皂.管内壁的皂(zao)😄液量基本不變(biàn),從而保持穩❗定(ding)的潤濕效果。當(dang)皂管内的液🌈位(wèi)升高後,周期性(xing)下🏒降的重錘會(huì)将多餘的皂液(ye)通過溢流軟管(guǎn)排至溢流槽内(nèi)，從而形💚成一個(ge)控制皂管内液(yè)位恒定😄的循環(huán)系統。因此，需要(yào)操作者通過滴(dī)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(biàn)測量區間長度(du)對氣體流量的(de)影響;②改💃🏻變測量(liang)區💋間位對氣體(tǐ)流量的影響;③是(shi)否持續.潤🚩濕對(dui)氣體流量📐的影(ying)💰響。
2.1試驗條件
　　試(shi)驗采用兩種規(guī)格皂管:一種爲(wèi)50mL,内徑16mm,長430mm;另一種(zhong)爲👣100mL,内徑19mm,長480mm。HGJLH509T型開(kāi)✍️關電源可将220V交(jiao)流電轉變爲4~24V直(zhi)流電,爲電路闆(pǎn)和推拉式電🔆磁(ci)鐵供電。SRD05VDC-SL-C型繼電(diàn)器模塊能夠實(shí)現電㊙️磁鐵.的😍開(kai)關控制。試驗㊙️選(xuǎn)取市售泡泡水(shuǐ)配制皂液。
2.2試驗(yàn)過程
　　改變測量(liang)區間長度試驗(yàn)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(du)線。試驗前💰,按JJG586-2006規(gui)程對皂管進行(hang)清洗，泡泡水和(hé)水按1:10比例配制(zhì)爲試✨驗用皂☔液(yè)。将皂管内壁用(yòng)所配制皂液充(chong)分潤濕,然🏃‍♂️後固(gù)定于支架上,運(yùn)行程序,自動收(shōu)集數據。
　　改變測(ce)量區間位置試(shi)驗選取100mL皂管,将(jiāng)下光電傳感器(qì)置于0mL刻度線,移(yi)動上光電傳感(gan)器分别置.于20mL、40mL、60mL和(hé)80mL刻度線,稱爲“20mL_自(zi)下而上⭐”、“40mL_自下而(ér)上”、“60mL_自下而上”和(hé)“80mL_自下而上”。同理(li)，将上光電傳感(gan)♊器置于100mL刻度線(xian),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(pao)泡水與💘水按1:1比(bǐ)例配成不同濃(nóng)度皂液。
　　是否持(chí)續潤濕試驗選(xuan)取50mL皂管,将泡泡(pao)水與水按1:2、1:5和1:10比(bi)例配成✉️不同濃(nong)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(du)線。持續潤濕時(shi)保證供液槽内(nèi)液位高于皂管(guǎn)出口高度120mm,觀察(chá)皂管内壁有液(yè)膜附着;非持續(xu)潤濕.是在試驗(yan)初始時僅潤濕(shī)--次,在之後的連(lián)續測量過程中(zhōng)不再進行潤濕(shi)。
3試驗結果與分(fen)析
3.1測量區間長(zhǎng)度
　　針對相同氣(qi)源,改變測量區(qu)間長度,得到對(dui)應的氣、體流🍓量(liang)對比曲線如圖(tú)2所示。
 
　　由圖2可以(yǐ)看出,每一條曲(qǔ)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(wen)定值,然後基本(ben)保持不變,在曲(qǔ)線中出現一“平(píng)台”;另--種爲過🌈渡(du)狀态,即從開始(shǐ)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(jian)⛱️越短，過渡狀态(tài)對應時間越長(zhang),這種變化趨勢(shì)越緩🔅慢。由10mL和15mL曲(qǔ)線✔️可以看出,這(zhè)種緩慢變化出(chū)現的“階梯”現象(xiang),達到🐅平衡狀态(tài)後，對應的流量(liàng)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(ming)📱顯的下滑态勢(shi),很快趨于平衡(heng)狀态🆚。穩定後對(duì)應的測量值較(jiao)小。同樣的氣源(yuan)氣量,由于測量(liang)🔞區間長度的變(bian)化,會導緻穩定(ding)後的測量值出(chū)現誤㊙️差。
3.2測量區(qū)間位置
　　采用相(xiang)同氣源,選取相(xiàng)同長度測量區(qū)間,隻是改變測(ce)🚶‍♀️量區間的位置(zhi),相當于将上、下(xià)光電傳感器間(jiān)的距離固定,沿(yán)皂管方向上🐇下(xià)移動，一種自上(shàng)而下,另一種自(zì)🚩下而上。不同測(ce)😍量區間位置氣(qì)體流量對比如(rú)圖3所示。各位置(zhì)測得的流量值(zhi)明顯不同。無論(lùn)固定體積取多(duo)大,自下而上♊測(ce)量值都較😄大;反(fan)之,自上😘而下測(ce)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(duan)🌈,并且泡泡水與(yu)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(chu)始潤濕.
　　持續濕(shi)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(wen)定的“平台”式測(cè)量曲線,設計了(le)持續潤濕與❄️初(chū)✂️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(fa)現，對于相同的(de)皂液,持續潤濕(shī)自始至終都會(hui)保持相同的測(ce)量值,呈現一條(tiao)水平直線,這與(yǔ)設計構🛀🏻想相吻(wěn)合。僅在初始時(shi)刻潤濕皂管,随(sui)📐着時間的延長(zhǎng)，測量值不斷下(xià)降,最後趨于一(yi)穩定值,這與改(gai)變測量區間🏃🏻長(zhǎng)度結果一緻🔞。由(yóu)此說明,連續測(ce)量沒有實現JJG586-2006所(suǒ)規定的獨立試(shi)驗條件,每次試(shi)驗都是在潤濕(shi)狀況發生變化(huà)的條件下進行(háng)的,這是自動産(chan)泡皂膜流量計(ji)面臨的最大問(wen)題。而消除辦㊙️法(fa)是采用持續潤(run)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(pao)水中加入的水(shui)越多,初始潤濕(shi)後🔅試驗測得🚩值(zhi)很快便“下跌”至(zhì).平衡狀态穩定(ding)值,說明🈲水對皂(zao)膜的潤濕效果(guǒ)影響較大。
3.4結果(guo)分析
　　皂管内壁(bì)不同潤濕工況(kuàng)及皂膜的受力(lì)分析如圖5所🈲示(shì)。
 
　　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(run)濕角與表面張(zhāng)力。試驗前,皂管(guan)被皂💜液潤🔴濕後(hòu),内壁自.上而下(xia)形成均勻的液(yè)膜,稱爲潤濕層(céng)。随着時間的延(yán)長:一方面被測(cè)氣體流經皂管(guan)内部時，會帶走(zǒu)内壁💛液膜表層(céng)蒸汽分子,加快(kuai)液膜的蒸發過(guo)程，導🈚緻液膜變(bian)薄,越靠近液面(miàn),蒸汽壓越大,内(nei)壁潤濕性相對(dui)較好,離皂管口(kǒu)越近,被氣體帶(dai)走的皂📞液無法(fǎ)及時補充♌，最先(xian)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(jin)液面的潤濕層(ceng)“堆積變厚”，而皂(zào)管上部被“拉薄(bao)”,雖然皂膜在上(shang)💯升過程中會以(yǐ)波浪式擠壓内(nèi)壁潤濕層向上(shàng)移動,但由于間(jian)隔時間較長,這(zhè)種效果并不顯(xiǎn)著♈。“流動氣體”與(yǔ)“自身重力”雙重(zhòng)作用導緻在皂(zao)管上部🌈最先🔞出(chu)現潤濕層的萎(wei)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(yán)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(lù)㊙️出皂管内壁,失(shī)去與皂液間的(de)潤濕效🎯果,稱爲(wei)“幹燥層”。
　　當“皂泡(pào)”被進入的氣體(tǐ)從皂液表面“剝(bāo)離”形成“皂膜”後(hòu)⚽,在氣體的🐕驅動(dong)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(rùn)濕層形成的軌(gui)道上滑動,将皂(zao)膜放大爲“液柱(zhu)”。液柱與潤濕層(ceng)在上部和下部(bu)形成的潤濕角(jiǎo)分别爲上潤濕(shi)角θup1和下潤濕角(jiao)θawnl。将液柱視爲一(yi)🛀個獨立研究對(dui)象,皂液對🌈其向(xiang)上與向下的表(biǎo)面張力作用大(da)小相等,方向相(xiàng)反,相互抵消🥵。當(dāng)皂膜進入半潤(rùn)濕層後💋，上潤濕(shī)角一邊與局部(bu)液滴作用,一邊(biān)與裸露💁的内壁(bi)作用，形成的潤(rùn)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(jī)本保持🤩恒定,導(dǎo)緻皂膜受到向(xiàng)上的合力減小(xiǎo),相當于阻力增(zeng)加，皂膜速度減(jian)慢。當皂膜進入(rù)幹燥層後,由于(yu)缺少了潤濕層(céng)，下潤濕角θdown3增❗大(da)，表面張🔆力對皂(zao)膜向下的拉力(li)減小;上潤濕角(jiǎo)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(mian)張力的🥰合力方(fang)👉向向下，導緻皂(zao)膜前進的阻力(li)進一步增強,皂(zào)膜速度更慢。
　　由(you)以上分析可以(yi)看出,皂膜在潤(run)濕層行進時爲(wèi)初始平衡狀态(tài),在裸露皂管内(nei)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(yàn)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(cè)量前進行一次(ci)性潤濕,後續沒(méi)有繼續保🏃🏻‍♂️持潤(run)🐕濕的狀态,皂膜(mo)經曆了潤濕層(ceng)、半潤濕層和❄️幹(gàn)燥層.受到的行(hang)進阻👅力不斷💃🏻加(jia)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(neng)夠保護皂管内(nei)壁潤濕🔆層,皂膜(mo)可以在光滑膜(mo)層上無阻力運(yun)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(guo)程的正确性。此(cǐ)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(shī)層越薄，出👈現斷(duan)裂破壞區,測量(liàng)值開始下降,并(bing)且數♻️值減小。.
　　改(gǎi)變測量區間長(zhǎng)度時,越靠近皂(zao)液液面,潤濕層(ceng)越厚，皂膜所㊙️受(shou)阻力越小，測量(liang)值越大;越接近(jin)皂管出口，潤濕(shi)層越薄，皂膜受(shou)到阻力加大,皂(zao)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(miàn)皂膜受到的阻(zǔ)力越小，測量值(zhí)也越接近真實(shí)值,即.精度越高(gāo)。
　　綜上分析可以(yi)看出，使用自動(dòng)産泡皂膜流量(liàng)計測量氣🧡體流(liú)量時,影響測量(liang)值準确性的因(yīn)素較多。究其原(yuán)因,主要是皂管(guǎn)内壁形成潤濕(shi)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(jie)質的清洗。
現場(chǎng)使用實踐表明(ming)，上述措施是有(yǒu)效的。
4.3超聲流量(liàng)計在腐蝕性介(jiè)質中的應用
　　外(wài)夾式超聲流量(liang)計在腐蝕性介(jiè)質流量測量中(zhong)具有獨特的優(yōu)勢。該流量計不(bu)與腐蝕性介質(zhì)直接接觸。但由(yóu)于聲阻抗的約(yuē)束條件，被測氣(qì)體的壓力必須(xu)高于一定值才(cai)能實🥵現正常測(ce)量。例如GC868型外夾(jiá)式超聲流量計(jì),被測氣體壓力(lì)一般需高于🤟0.6mPa;而(ér)外夾式超聲流(liu)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(liu)量計測量管内(nèi)介質流量,儀表(biao)制造廠總是強(qiáng)調在内襯與金(jīn)屬管之間不🔅能(néng)有氣隙❗。但是在(zai)實際的内襯管(guǎn),無法保證内襯(chèn)與金屬管之間(jiān)完全沒有氣隙(xi)。
5結束語
　　在流量(liang)測量中,被測流(liu)體的複雜性、要(yào)求的多樣性和(he)工‼️況❄️的特✉️殊性(xing)爲測量帶來了(le)困難。但這些特(tè)點也推.動了㊙️這(zhè)門技術的發展(zhan)。于是，流量計種(zhǒng)類雖然已經有(yǒu).上百種,但每年(nian)🔅仍有新😄型流量(liàng)計問世。
　　标準差(chà)壓式流量計 量(liang)程比不夠寬，主(zhǔ)要制約因素是(shi)量程低端差壓(yā)測量🧡精确度。在(zai)原有差壓流量(liang)計的基礎上,增(zēng)設一台低量程(chéng) 差壓變送器 ，以(yi)提高量程低端(duan)的差壓測量精(jing)度,構成雙量程(chéng)差壓流量計👅,從(cóng)而大大拓寬量(liàng)程比。
　　标準孔闆(pan)不切斜角後就(jiu)可測量雙向流(liu)量。在氣體和蒸(zhēng)汽的雙⛹🏻‍♀️向流測(cè)量中,标準孔闆(pan)雙向流量計具(jù)有優越性。
　　在濕(shi)氣體流量測量(liàng)中,孔闆前積水(shui)、 三閥組 内積水(shui)和差壓變送器(qi)高低壓室内積(jī)水的現象普遍(bian)存在。，針對這三(sān)個問題作了改(gai)進後的濕氣體(tǐ)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(tu)的彎管流量傳(chuan)感器，配以吹氣(qi)和伴熱保溫等(děng)措施，能使問題(tí)得到解決。

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