摘要:基于(yú)RS-232接口的自動産泡(pao)皂膜流量計 ,添加(jiā)了持續潤濕功能(neng)。采用皂液循環裝(zhuang)置(包括供液槽✍️和(hé)‼️溢👨‍❤️‍👨流槽),利用供液(yè)槽橫截面積大、液(yè)位始終不變的特(te)點，以及恒定供液(yè)槽液面與皂管出(chu)口間的高度差，确(que)保皂液量基本不(bu)變(經導液管内的(de)棉芯流到皂管内(nèi)壁)，保.持穩定的潤(rùn)濕效果🛀。測定了上(shàng)🤩、下限光電傳感器(qi)間距離長度變化(huà)條件下的氣體🌈流(liu)量,皂管測量🍉區間(jian)不同位置條件下(xià)的氣體流量,以及(jí)是否❤️持續潤濕皂(zao)管條件下氣體的(de)流量。氣體流量測(ce)量結果表明:随着(zhe)上、下限光電傳感(gan)器之間距離的增(zeng)加，氣體流量測得(de)值❓不斷減小;選取(qu)靠近皂管進氣口(kou)方向相同距離測(cè)得的氣體流量較(jiào)大💔,離進氣口越遠(yuan),測量值越小;持續(xu)潤濕皂管内壁可(kě)🧡以保持氣體流量(liàng)測得值的穩🌈定。
0引(yǐn)言
　　自産泡皂膜流(liú)量計是一種能夠(gòu)自動産泡并且對(dui)氣體流🌏量進👉行連(lian)續計量的容積式(shi)流量計。皂膜流量(liang)計實現自動産泡(pào)前，主🔞要用于微小(xiǎo)氣量測量與檢定(dìng)，遵循國家✍️計量檢(jian)❓定規程🚶JJG586-2006年。無論是(shì)直讀式玻璃管皂(zào)膜流量計，還是電(diàn)子皂膜流量計🔞，在(zài)測量氣體流量時(shi)，一般少于10次。通過(guo)測量值的㊙️極差和(he)極差系數計算标(biao)🤩準偏差，其精度等(deng)級最高可達0.5。同樣(yàng),JJG6332005号規定:采用鍾罩(zhao)式氣體流量标準(zhǔn)裝置對氣體容積(jī)式流量計進行檢(jiǎn)定時,将重複測量(liang)次😄數擴大到17次,精(jīng)度等級爲0.2。一些電(dian)子皂膜流量計4也(ye)按.上述💯規定進行(háng)設計和制造。
　　持續(xu)潤濕自動産泡皂(zào)膜流量計是在遵(zun)循以上國家标準(zhun)的前提下,自行設(she)計的一種自産泡(pao)皂膜流量計，可以(yi)有效保證濕潤⁉️效(xiào)果。本文針對皂膜(mo)流量計測量結果(guǒ)的各種影響因素(sù)🌈,對自設計的持續(xù)潤濕自動産泡皂(zao)膜流量計在被測(ce)氣量大小、皂液種(zhǒng)類、皂液濃度、皂管(guǎn)粗細、上下限傳感(gan)器間有效距離🔴長(zhǎng)短、測量區㊙️間位置(zhi)、皂管是否持續潤(rùn)濕等各方面的使(shǐ)用情況進行系統(tǒng)化研.究,找出氣體(tǐ)流量變化規律5日(ri),分析氣體流量變(biàn)化的形成原因，爲(wèi)實際應用者提供(gong)技術參考。
1持續潤(run)濕自動産泡皂膜(mó)流量計
　　持續潤濕(shi)自動産泡皂膜流(liú)量計隻的結構包(bao)括自動産泡皂膜(mo)流量計網.(以下簡(jiǎn)稱流量計)和皂液(ye)循環裝置兩👅部分(fèn)。流量計結構如圖(tú)1所示。
 
　　流量計的下(xià)部與。上部裝有下(xia)光電傳感器和上(shang)光電傳感器,用🛀于(yú)對皂膜的起始與(yǔ)結束進行檢測。有(yǒu)皂膜❗遮擋時,傳感(gan)器産生3~5V高電平;無(wú)皂膜時，産生0~1V低電(dian)平恩🌂，分别通過RS-232的(de)第☔6引腳數據設置(zhi)(datasetready,DSR)和第8引腳清除并(bìng)發送(cleartosend,CTS)傳至.上位機(ji)。程序記錄皂.膜通(tōng)過兩個傳📱感器的(de)時間，獲得時間差(cha)。根據兩個傳.感器(qi)間皂管的體積,計(ji)算所測氣體的流(liú)量。皂膜通過下、上(shàng)♻️光電傳感器後💚，程(chéng)序會☀️啓動超時限(xian)定，檢測皂膜中間(jian)破滅和溢出皂管(guan)破滅，能夠在規定(ding)時間内通過RS-232的第(dì)7根引腳RTS輸出高電(dian)平,通過電路闆驅(qū).動推拉式電磁鐵(tiě),使重錘下降浸入(ru)皂液⁉️中,皂管中液(yè)位上升。當液位超(chao)過皂管🏒進氣口上(shàng)沿位置時,發送請(qǐng)求(requesttosend,RTS)輸出低電平,電(dian)磁鐵斷電,使重錘(chuí)升起🔞,皂管中液位(wèi)下降。當✊皂液下降(jiàng)至進氣口.上沿時(shí),開始有皂泡産生(shēng)。随着☀️液位的不斷(duan)下降,皂❄️泡逐漸長(zhang)大,并沿皂管内壁(bì)從💚皂液表面“剝離(li)”,形成平行于液面(mian)的“皂膜”,在氣體的(de)推動下向上移動(dong)。
　　圖1中的升降台可(ke)以調節重錘一側(cè)皂液的高度，使🐅初(chū)始液🏒位與皂管進(jin)氣口下沿平齊,保(bao)證重錘下降時,液(yè)位上升能夠漫過(guo)進氣口上沿。
　　皂液(yè)循環裝置主要由(you)供液槽和溢流槽(cao)組成,供液槽橫✏️截(jié)面積🚩大,液位始終(zhong)不變，從而保證供(gòng)液槽液面與皂管(guǎn)出口間的高度差(cha)恒定。經導液管内(nèi)的棉芯流到🔴皂.管(guan)内壁的皂液量基(ji)本不變,從而保持(chi)穩定的潤濕效果(guǒ)。當皂管内的液位(wèi)升高後,周期性下(xià)🔴降的重錘會将多(duō)餘的皂液通過溢(yi)流軟管排至溢流(liu)槽内，從而形成一(yī)個控制皂管内液(yè)位恒定的循🌂環系(xi)統。因此，需要💚操作(zuò)者通過滴管将溢(yì)流槽内的皂🍓液不(bu)斷移至供液📱槽,或(huò)通過微型泵自動(dong)循環。
2試驗研究
　　試(shi)驗内容:①改變測量(liàng)區間長度對氣體(ti)流量的影響;②改變(biàn)測量區間位對氣(qì)體流量的影響;③是(shì)否持續.潤🔞濕對氣(qi)體流量的影響。
2.1試(shi)驗條件
　　試驗采用(yong)兩種規格皂管:一(yī)種爲50mL,内徑16mm,長430mm;另一(yi)種爲🈲100mL,内徑19mm,長💛480mm。HGJLH509T型開(kai)關電源可将220V交流(liú)電轉變爲4~24V直流電(diàn),爲電路闆和推拉(la)🐕式電磁鐵供電。SRD05VDC-SL-C型(xing)繼電器模塊能夠(gou)實現電磁鐵.的開(kāi)關控制。試驗選取(qǔ)市售泡泡水配制(zhì)皂液。
2.2試驗過程
　　改(gǎi)變測量區間長度(dù)試驗選取50mL皂管,将(jiang)下光電傳感器🏃🏻‍♂️固(gu)定于皂管的0mL刻度(du)線位置，上光電傳(chuan)感器分别固定于(yú)10mL、15mL、20mL、35mL和45mL刻度線。試驗前(qian),按JJG586-2006規程對皂管進(jìn)行清洗❌，泡泡水💃🏻和(hé)水按1:10比例配制爲(wei)試驗用皂液。将皂(zào)管内壁用所配🤩制(zhi)皂液充分潤濕,然(rán)後固定于支架上(shàng),運行程序,自動收(shōu)集數據。
　　改變測量(liang)區間位置試驗選(xuǎn)取100mL皂管,将下光電(dian)傳感器置于0mL刻度(du)線,移動上光電傳(chuán)感器分别置.于20mL、40mL、60mL和(he)80mL刻度線,稱爲🐆“20mL_自下(xia)🈚而上”、“40mL_自下❤️而上”、“60mL_自(zi)下而上”和“80mL_自下而(er)上”。同理，将上光電(dian)傳感器置于100mL刻度(du)線,以此爲基線移(yí)動下光電傳感器(qì),分别置于80mL、60mL、40mL和20mL刻度(dù)線🎯，稱爲“20mL_自.上而下(xià)”、“40mL_.自上而下”、“60mL_自上而(er)下⚽”和“80mL_自上而下”。将(jiāng)泡泡水與㊙️水按1:1比(bi)例配成☎️不同濃度(dù)皂液。
　　是否持續潤(run)濕試驗選取50mL皂管(guan),将泡泡水與水按(àn)1:2、1:5和1:10比例🌈配成不同(tong)濃度皂液。下光電(dian)傳感器置于0mL刻度(dù)線，上光電👅傳感器(qi)置于45mL刻度線。持續(xù)潤濕時保證供液(yè)槽内液位高🐪于皂(zào)管🌂出口高度120mm,觀察(chá)皂管内壁有液膜(mo)附着;非持續潤濕(shī).是在試驗初始時(shí)‼️僅潤濕--次,在之後(hòu)的連續測量過程(cheng)中不再進行潤濕(shi)。
3試驗結果與分析(xi)
3.1測量區間長度
　　針(zhēn)對相同氣源,改變(biàn)測量區間長度,得(dé)到對應的氣、體流(liu)量對比曲線如圖(tú)2所示。
 
　　由圖2可以看(kàn)出,每一條曲線都(dōu)對應兩種狀态,一(yi)種是平衡狀态,即(jí)時間足夠長,所測(ce)流量達到一個穩(wen)定值,然後基本保(bao)持不變,在曲線中(zhōng)出現一“平台”;另--種(zhong)爲過渡狀态❤️,即從(cong)開始測量到平衡(héng)狀态之間的動态(tài).變化過程,測量曲(qu)線中表現爲“下坡(po)”。測量區間越短，過(guo)渡狀态對應時間(jian)越長,這種變⭕化趨(qu)勢越緩慢。由10mL和15mL曲(qǔ)線可以看出,這種(zhong)緩慢變化出現的(de)“階梯🔞”現象,達到平(ping)衡狀态後，對應的(de)流量值較大。測量(liang)區間越長,過渡狀(zhuang)态經曆的時間越(yuè)短,曲線🐆越陡，35mL和45mL曲(qu)線出現明顯的下(xia)滑态勢,很快趨于(yú)平衡狀态。穩定後(hou)對應的測量值較(jiào)小。同樣的氣源氣(qì)量,由于測量♊區間(jian)長度的變化,會導(dao)緻穩定後的測量(liang)值出現誤差。
3.2測量(liang)區間位置
　　采用相(xiàng)同氣源,選取相同(tong)長度測量區間,隻(zhī)是改變測量區間(jian)的位置,相當于将(jiāng)上、下光電傳感器(qi)間的距離固定,沿(yan)皂管方向上下移(yí)動，一種自上而下(xià),另一種自下而上(shang)。不同測量區間位(wei)置氣體流量對比(bǐ)如圖3所示💋。各位置(zhi)測得的流量值明(ming)顯不👈同。無論固🛀定(ding)體積取多大,自下(xia)而上🥵測量值都較(jiao)大;反之,自上而下(xia)測量值普😘遍較小(xiǎo)。由于本次試驗采(cǎi)用的是100mL皂🥵管,測量(liàng)時間較短,并且泡(pao)㊙️泡水與水比例爲(wèi)1:1,對皂管✊的潤濕.性(xìng)能較好，曲㊙️線基本(běn)保持“平台”狀态。
 
3.3持(chí)續潤濕與初始潤(run)濕.
　　持續濕潤與初(chu)潤條件下,氣體流(liu)量對比如圖4所示(shi)。
 
　　爲了獲得持續穩(wen)定的“平台”式測量(liàng)曲線,設計了持續(xu)潤濕✌️與初始潤濕(shi)對比試驗。采用不(bu)同濃度的泡泡.水(shui)皂液,對兩種工況(kuang)進行了長時間的(de)測量。結果發現，對(duì)于相同💋的皂液,持(chí)續潤濕自始至終(zhōng)都會保🤟持相同的(de)測量值,呈現一條(tiáo)水✉️平直線,這與設(shè)計構想相吻合。僅(jǐn)在初始時刻潤濕(shi)皂管,随着時間的(de)延長，測量值不🤞斷(duan)下降,最後趨于🚩一(yī)穩定值,這與改變(bian)測量區間長度結(jié)果一緻🌈。由此說明(ming),連續測量沒有實(shí)現JJG586-2006所規定的獨立(li)試驗條件,每次試(shì)驗🏒都是在潤濕狀(zhuàng)況發🧑🏾‍🤝‍🧑🏼生變化的條(tiao)件下進行的,這是(shi)自動🔴産泡💋皂膜流(liú)量計面臨的最大(dà)問題。而消除辦法(fa)是采用🙇🏻持續潤濕(shi),達🌈到每次試驗都(dōu)相同的條件。當皂(zao)液濃☀️度不同時，向(xiàng)泡泡水中加入的(de)🍉水越多,初始潤濕(shī)後⭐試驗測得🔞值很(hen)快便“下跌”至.平衡(heng)🐅狀态穩定值,說明(ming)水對皂膜的潤濕(shi)效果影響較大。
3.4結(jie)果分析
　　皂管内壁(bì)不同潤濕工況及(ji)皂膜的受力分析(xī)如圖5所🔞示。
 
　　皂液在(zài)皂管内壁形成潤(rùn)濕層的厚度與皂(zào)液性質有✍️關，即取(qǔ)決🚩于皂液的潤濕(shi)角與表面張力。試(shi)驗前,皂管被皂液(yè)潤濕後🐇,内壁自.上(shàng)而下形成均勻的(de)液膜,稱爲潤濕層(ceng)🌂。随着時間的延長(zhǎng):一方面被測氣體(tǐ)流經皂管内部時(shí)，會♊帶走内壁液膜(mo)表層蒸汽分子🍉,加(jiā)快液膜的蒸發過(guo)程，導緻液膜變薄(bao)✨,越靠近液面,蒸汽(qi)壓越大,内壁潤濕(shi)性相對✏️較好,離皂(zao)管口越近,被氣體(ti)帶走的皂液無法(fǎ)及時補充，最先出(chu)現潤濕層消失;另(lìng)一方面,附着在内(nèi)壁的皂液由于自(zì)身重力的作用不(bú)斷下滑，導緻靠近(jin)液面的潤濕層“堆(duī)積♊變厚”，而皂管上(shang)部被“拉薄”,雖然皂(zào)膜在上升過程中(zhong)會以波浪式🆚擠壓(ya)内壁潤濕層向上(shàng)移動,但由于間🔴隔(gé)時🈲間較長,這種效(xiào)果并不顯著。“流動(dong)氣體”與“自身重力(li)”雙重作用導緻在(zai)皂管上部最先出(chu)現潤濕層的萎縮(suo),形成“片”狀的局部(bu)潤濕狀态,稱爲“半(bàn)潤濕層👌”。時間進一(yi)步延長後,皂管上(shang)部沒有皂液補充(chōng),局部的液😘滴完全(quan)蒸發完畢，露🛀🏻出皂(zào)管内壁,失去與皂(zào)液間的潤濕效果(guǒ),稱爲“幹燥層”。
　　當“皂(zao)泡”被進入的氣體(ti)從皂液表面“剝離(li)”形成“皂膜”後,在💃氣(qi)體的👉驅動下,以“活(huo)塞”形式向上運動(dòng)。此時，皂💋膜較厚,如(ru)圖5所示，皂膜在潤(run)濕層形成的軌道(dao)上滑動,将皂膜放(fàng)大🥰爲“液柱”。液柱與(yu)潤濕層🌐在上部和(hé)下部形成的潤濕(shī)角分别爲上潤濕(shi)角θup1和下潤濕角θawnl。将(jiāng)🚶液柱視爲一❄️個獨(dú)立研究對象,皂液(ye)對其向上與向下(xià)的表面張力作用(yòng)大小相等🆚,方向相(xiang)反,相互抵消。當皂(zao)膜進入半潤濕層(céng)後，上潤濕角一邊(bian)與局部液滴作用(yong),一邊與裸露✂️的内(nèi)壁作用，形成❓的潤(run)濕角θup2較🌈大,向上的(de)表面張力變小;而(ér)下潤濕角θdown2基本不(bu)變，向下的表面張(zhāng)力基本保持恒定(dìng),導緻皂膜受到向(xiang)上🈲的合力減小,相(xiang)當于阻力✏️增加，皂(zao)膜速度減慢。當皂(zào)🎯膜進入幹燥層後(hòu),由于缺✂️少了潤濕(shi)層，下潤濕角θdown3增大(da)，表面張🏃🏻力對皂膜(mó)向下的拉力❌減小(xiao);上潤濕角θup3由銳角(jiao)增大到鈍🧑🏾‍🤝‍🧑🏼角,表面(miàn)張力方向由😘向上(shang)改爲向🔅下✊,即此時(shi)皂膜受到表面張(zhāng)力的合力方向向(xiang)下，導緻皂膜前進(jìn)的阻力進一步🍓增(zēng)強,皂膜速度更慢(man)。
　　由以上分析可以(yǐ)看出,皂膜在潤濕(shī)層行進時爲初始(shi)平衡狀态,在裸露(lu)皂管内壁行進爲(wei)最終平衡狀态,在(zài)半潤濕層🏃🏻爲過渡(du)狀态。
　　結合試驗研(yán)究,在改變測量區(qū)間長度和初始潤(rùn)濕過程中💔,由于僅(jin)在測量前進行一(yī)次性潤濕,後續沒(mei)有繼續保持潤濕(shī)的狀态,皂膜經曆(li)了潤濕層、半潤濕(shī)層和幹燥層.受到(dào)的行進阻☎️力不斷(duan)加大,因此,表現爲(wèi)皂膜速度逐漸降(jiang)低。而持續潤濕試(shì)驗說明,及時補加(jiā)皂液能夠保護皂(zào)管内壁潤濕層,皂(zao)膜可以在光滑膜(mó)層上🌈無阻力運動(dong)，因此.測量值不僅(jǐn)🔴穩定,而且數值💯較(jiao)大,驗♉證了上述分(fen)析過程的正确性(xìng)。此外，改變測量區(qū)間長度時,自下而(ér)上距💛離越短,潤濕(shi)層保存得越好,測(cè)量值越大;越往上(shàng),潤濕層越薄，出👉現(xian)斷裂破壞區,測量(liang)值開始下降,并且(qie)數🌈值減小。.
　　改變測(cè)量區間長度時,越(yue)靠近皂液液面,潤(run)濕層越厚，皂膜所(suo)受阻力越小，測量(liàng)值越大;越接近皂(zào)管出🐪口，潤😘濕層越(yuè)薄，皂膜受到阻力(lì)加大,皂膜速度變(bian)慢,測量值減小。因(yin)此，當取相同測量(liang)區間長度時，越靠(kao)近皂液.液面皂膜(mo)受到的阻力🙇🏻越小(xiao)，測量值也越接近(jìn)真實值,即.精度越(yue)高。
　　綜上分析可以(yi)看出，使用自動産(chan)泡皂膜流量計測(ce)🏃‍♀️量氣體流量時,影(ying)響測量值準确性(xìng)的因素較多。究其(qí)原因,主要是皂管(guan)内壁形成潤濕層(ceng)的情況。爲了保證(zheng)測晶物的🐆生成。
⑤彎(wān)管流量傳感器采(cai)用法蘭連接，以便(biàn)拆裝和對髒🌐污🏃‍♀️介(jiè)質的清洗。
現場使(shǐ)用實踐表明，上述(shu)措施是有效的。
4.3超(chao)聲流量計在腐蝕(shí)性介質中的應用(yong)
　　外夾式超聲流量(liàng)計在腐蝕性介質(zhì)流量測量中具🛀有(yǒu)獨特的優勢。該流(liú)量計不與腐蝕性(xing)介質直接接觸。但(dàn)由于聲阻抗的約(yue)束🐅條件，被測氣體(tǐ)的壓力必須高于(yú)一定值才能實🌈現(xian)正常測量。例如GC868型(xíng)外夾式❌超聲流量(liàng)計,被測氣體壓力(li)一🏃🏻‍♂️般需高于0.6mPa;而外(wai)夾式🔴超聲流量計(jì)壓力一般應高于(yu)0.4mPao
　　對于帶非金屬内(nèi)襯的管道,用超聲(shēng)流量計測量管内(nèi)介質流㊙️量,儀表制(zhì)造廠總是強調在(zài)内襯與金屬管之(zhī)🥰間不能有🔴氣隙。但(dan)是在實際的内襯(chèn)管,無法保⛱️證内襯(chèn)與金屬管之間完(wán)全沒有氣隙。
5結束(shù)語
　　在流量測量中(zhong),被測流體的複雜(za)性、要求的多樣性(xing)和工況🔴的特殊性(xìng)爲測量帶來了困(kùn)難。但這些特點也(yě)推.動了📧這門技術(shù)的發展。于是，流量(liang)計種類雖然已經(jing)有.上百種⛷️,但每年(nián)仍有新💚型流量💞計(ji)問世。
　　标準差壓式(shì)流量計 量程比不(bu)夠寬，主要制約因(yīn)素是量程低端差(chà)壓測量精确度。在(zai)❗原有差壓流量計(ji)的基礎上,增設一(yi)台低量程 差壓變(biàn)送器 ，以提高量程(cheng)低端的差壓測量(liang)精度,構成雙量程(chéng)差壓流🈲量計🌈,從而(er)大大拓寬量程比(bǐ)。
　　标準孔闆不切斜(xie)角後就可測量雙(shuang)向流量。在氣體和(he)蒸汽的雙向流測(ce)量中,标準孔闆雙(shuang)向流量計具💃🏻有優(yōu)越性。
　　在濕氣體流(liú)量測量中,孔闆前(qián)積水、 三閥組 内積(jī)水和差壓變送器(qì)高低壓室内積水(shuǐ)的現象普遍⭐存在(zai)。，針對這三個問題(ti)作了改進後的濕(shī)氣體流量計,可靠(kào)✔️性和精度大大📧提(ti)高。
　　強腐蝕、易結晶(jing)、低靜壓介質的流(liu)量測量具有難度(dù)。采用新型氟塑料(liao)噴塗的彎管流量(liang)傳感器，配以吹氣(qi)和伴熱保溫等措(cuo)施，能使問題得到(dao)解決。

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