CN103925957A - 一种自动启膜式皂膜流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动启膜式皂膜流量计，包括皂膜管、皂膜生产装置和皂膜回收装置；皂膜生产装置包括皂液管和进气管，进气管设置在皂液管的上部；皂膜回收装置包括皂膜回收盖、皂液回收管和皂液回收杯，皂液回收管的一端连接皂膜管顶部的皂液回收盖，另一端伸入皂液回收杯内；皂液回收杯内装有皂液，皂液管的底端连接于皂膜回收杯底部侧壁，皂液的液面与进气管进气口的顶端处于同一高度。本发明采用连通器原理，实现自动启膜的方式，弥补手动启膜的缺陷，减小了检定误差。

Description

一种自动启膜式皂膜流量计

技术领域

本发明涉及一种自动启膜式皂膜流量计，属于机械技术领域。

背景技术

随着现代科学技术不断发展，提高过程控制，流量准确计量，变成十分重要的技术问题。特别地，对于微小气体流量，流量的控制、气流受环境温度、压力不同会导致气体流量有较大的差异，准确度也可能受多种因素影响而各不相同。因此要想正确测量并传递流量数据，就要针对以上条件，研究出适合的气体流量标准装置。

目前皂膜流量计是测量微小气体流量的主要流量计之一，主体部分是内壁光滑、内径尺寸尽量均匀的玻璃管。使用皂膜流量计时，给皂膜管通气，然后手动捏皂膜管下端胶球，胶球内的皂液上升，上升到皂膜管下端气路口时，在气体流动的推动下，皂液会在皂膜玻璃管内壁形成一层薄膜（即皂膜）。皂膜随着气流逐渐上升，先后经过下刻度线和上刻度线，上升到皂膜玻璃管上部时破裂。两个刻度线之间的容积是确定的，由计时器或秒表计算皂膜在两个刻度线之间移动的时间，由此可以计算出气体的瞬时流量。但现有的皂膜流量计存在以下问题：

（1）皂膜流量计的启膜方式问题。常规的皂膜流量计启膜方式都是手动启膜，如专利名称为皂膜流量计（专利号为ZL2007103012867）的专利即为手动起膜。其缺陷是手捏胶球的力度很难把握，会造成皂膜的厚度不同，影响检定结果；且手动启膜效率较低，增长检定时间。如何改进启膜方式，实现自动启膜，提高检定准确度和检定效率成为新型皂膜流量计的研究目标之一。

（2）皂膜破裂后皂液回流导致的附加误差问题。现有的皂膜流量计的主体基本都是一个皂膜管，皂膜随气体在皂膜管内上升，到达顶部时破裂，气体由出气口排出，皂液则沿皂膜管内壁回流，这些皂液有的会残留在内壁上，有的会向下流落到下一个正在上升的皂膜上，造成皂膜边缘厚度增加、皂膜凸起弧度变化等，从而产生一系列误差，且这些误差不可定量计算，统称为附加误差。附加误差一般都在0.3%以上，成为影响皂膜流量计准确度的重要因素。

（3）皂膜流量计标准容积的标定方法。根据检定规程，皂膜流量计采用称重法标定。在流量计中灌满蒸馏水，从下端出水口放出，当蒸馏水下降到上刻度线处时停止放水，然后把蒸馏水放入烧杯中，直到下降到下刻度线处。称量烧杯中蒸馏水的质量，换算成20℃的标准体积，即皂膜流量计的标准容积。这一标定方法的缺陷是标定过程中蒸馏水受外界环境影响大，导致蒸馏水的温度变化和蒸发，从而影响标定结果；同时，受重力影响，蒸馏水在下降过程中液面弧度变大，导致放出的蒸馏水量偏少，影响标定结果。所以，提高标准容积的标定要从减少影响因素和改进标定方法两个方面考虑。

（4）标定过程的精确控制问题。标定过程中蒸馏水的流速是通过手动阀门控制的，通常情况下可以控制分辨率为一滴，约为0.05ml。对于规格较小皂膜流量计（容积为25ml）来说，误差达到±0.2%，降低了流量计的准确度等级。因此，如何提高控制精度，解决微小流量的控制问题成为提高标定准确度的关键之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自动启膜式皂膜流量计，实现皂膜流量计的自动启膜，还带有皂液回收功能。其弥补了手动启膜的缺陷，减小了检定误差，提高了检定效率，该自动启膜式皂膜流量计还便于使用新型的标定方法，进一步减少操作时的误差，该自动启膜式皂膜流量计的准确度可达到0.2级。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种自动启膜式皂膜流量计，所述皂膜流量计包括皂膜管、皂膜生产装置、皂膜回收装置，皂膜回收装置包括皂膜回收盖、皂液回收管和皂液回收杯，皂液回收管的一端连接皂膜管顶部的皂液回收盖，另一端伸入皂液回收杯内；皂膜生产装置包括皂液管和进气管，进气管设置在皂液管的上部；所述皂液回收杯内装有皂液，皂液管的底端连接于皂膜回收杯底部侧壁，所述皂液的液面与进气管进气口的顶端处于同一高度。

进一步地，所述皂液回收杯顶部连接有加液器。

进一步地，所述皂液回收杯上部连接有溢流管，溢流管的管口底端与进气管的进气口顶端处于同一水平面内，溢流管伸入溢流杯内。

进一步地，所述溢流管上连接有阀门。

进一步地，所述皂液管与皂膜回收杯之间通过橡胶软管连接。

进一步地，所述皂液管管壁上、进气管的下方设有阀门。

进一步地，所述皂膜回收盖的顶部设有出气口，出气口处连接流量控制管。

进一步地，所述流量控制管上连接有流量控制阀的一端。

进一步地，所述流量控制阀另一端连接有预留管。

进一步地，所述自动启膜式皂膜流量计配置有用于对皂液回收杯称重的电子天平。

本发明涉及的这种自动启膜式皂膜流量计，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明采用连通器原理，实现了自动启膜的方式，弥补了手动启膜的缺陷，减小了检定误差，提高了检定效率。

（2）本发明的自动启膜式皂膜流量计还具有皂液回收功能，有效避免了皂液回流导致的附加误差，提高了皂膜流量计的准确度。同时避免了皂液的挥发和浪费。在皂膜流量计正常运行后，可以实现封闭式运行，避免外界因素对流量计的影响。

（3）常规的皂膜流量计准确度等级最高为0.5级，本发明的皂膜流量计减少了运行过程中的影响因素、提高标准容积标定准确度、避免附加误差的影响，提高了流量计的准确度，可以达到0.2级。

（4）本发明的自动启膜式皂膜流量计适于采用新型标定方法，把密封的皂液回收杯一直放在电子天平上，读出放出蒸馏水过程中皂膜管中液面分别位于下刻度线和上刻度线时的质量差，从而计算出标准容积。避免了常规标定导致的液面弧度变化，同时不需要反复移动皂液回收杯，减少操作带来的误差；标定时通过流量控制管和控制阀能够精确控制标定准确度，有效控制液体分辨率达到0.005ml，比常规的控制精度提高了10倍。

附图说明

图1是本发明的自动启膜式皂膜流量计结构示意图；

图2是本发明的自动启膜式皂膜流量计进行标准容积标定时的结构示意图；

图中标记如下：1-皂膜管，2-皂液回收盖，3-皂液回收杯，4-进气管，5-阀门，6-上刻度线，7-下刻度线，8-橡胶软管，9-出气口，10-皂膜，11-皂液回收管，12-加液器，13-阀门，14-溢流管，15-溢流杯，16-皂液，17-皂液的液面位置，18-电子天平，19-流量控制管，20-流量控制阀，21-蒸馏水，22-皂液管，41-进气口。

具体实施方式

如图1所示，皂膜流量计包括皂膜管1、皂膜生产装置、皂膜回收装置，皂膜回收装置包括皂膜回收盖2、皂液回收管11和皂液回收杯3，皂液回收管11一端连接皂膜管1顶部的皂液回收盖2，另一端伸入皂液回收杯3内；皂膜生产装置包括皂液管22和进气管4，进气管4设置在皂液管22的上部；皂液回收杯3内装有皂液，皂液管22的底端连接于皂膜回收杯11底部侧壁，皂液的液面与进气管4进气口的顶端处于同一高度。

皂膜管的管壁设有上刻度线6和下刻度线7。

所述皂液回收杯3顶部连接有加液器12，侧壁上部连接有溢流管14，溢流管14的管口底端与进气管4的进气口41顶端处于同一水平面内，溢流管14伸入溢流杯15内，溢流管14上设有阀门13。

所述皂液管22与皂膜回收杯3之间通过橡胶软管8连接，进气管4的下方设置阀门5。

所述皂膜回收盖2的顶部设有出气口9，出气口9连接流量控制管19，流量控制管19上连接流量控制阀20的一端，流量控制阀20另一端设有预留管，自动启膜式皂膜流量计配置有用于对皂液回收杯称重的电子天平。在对皂膜流量计进行标准容积标定时，该预留管用于连接皂液回收杯，如图2所述，皂液回收杯放置在电子天平上进行称重。

皂膜回收盖2呈近似圆柱壳体形，其轴线与皂膜管1的轴线重合，截面直径大于皂膜管1的直径，皂膜回收盖2包括回收盖上底面、回收盖侧壁和回收盖下底面，所述回收盖下底面环绕皂膜管1的顶部设置，其从皂膜管1的顶部以一向下凹的圆弧面伸展至回收盖侧壁的底部。皂液回收管11通过所述回收盖下底面与皂液回收盖2连通。

溢流管14从皂液回收杯3的一侧向外开设，溢流管14与皂液回收杯3的连通位置的水平高度和进气管4与皂液管22的连通位置的水平高度相同，如图1的皂液的液面位置17。加液器12从皂液回收杯的顶部插入到皂液回收杯3中，在本实施例中，加液器12是一漏斗。 

皂液管22的直径小于皂膜管1的直径，皂液管22和皂液回收杯3均容纳有相同水平高度的皂液16。皂液的液面位置17正好位于进气管4与皂液管22的连通位置，以便从进气管4中进入的气体可使皂液产生皂膜。本实施例的自动启膜式皂膜流量计使用时，其运行的操作过程表述如下：

如图1所示连接好各部分。把进气管4连接到被检气体流量计上；打开阀门5和阀门13；把皂液通过加液器12加入到皂液回收杯3中，直到溢流管14有皂液流出，停止加液，等待没有皂液流出后关闭阀门13；此时皂液的液面位置17位于进气管4下端的水平位置；气体经过被检气体流量计进入进气管4，在进气管4的下端接触到皂液，能够产生皂膜10；由于进气压力的作用，推动皂膜10沿着皂膜管1匀速上升，经过下刻度线7时开始计时，经过上刻度线6时停止计时；皂膜10上升到皂膜管1上端开口处破裂，皂液滴落到皂液回收盖2中，气体从出气口9排出；皂液沿着皂液回收管11流入到皂液回收杯3中，由此完成一个运行过程。

由于运行过程中阀门13处于关闭状态，整个皂膜流量计只有进气和排气两个过程，基本处于封闭的内循环状态，避免了与外界的接触，提高了运行准确度。同时，皂液重复利用，不会挥发，构成良好的循环过程。

如图2所示，是皂膜流量计标准容积的标定结构图，主要的构成部分较图1多了电子天平18、流量控制管19、流量控制阀20、蒸馏水21四个部分。

本皂膜流量计的标定方法采用一种新型标定方法和新型标定装置，标定原理与检定规程中规定相同，采用称量皂膜管1上刻度线6和下刻度线7之间蒸馏水21的质量，进而换算成体积，即为皂膜流量计的标准容积。

把图1中橡胶软管8拆除，换成流量控制管19；把流量控制管19一端安装在皂液回收杯3的下端出水口，另一端连接带有流量控制阀20的细针管，穿过皂液回收盖2的出气口9，进入到皂膜管1中，使得蒸馏水21能够顺利流入皂膜管1；把皂液回收杯3置于电子天平18上，这两个部分均水平放置在高于皂膜管1的位置。

新型标定方法的操作过程如下表述：

按照图2连接好各部件。使用蒸馏水反复清洗皂液回收杯3、流量控制管19和皂膜管1，达到标定规程规定的标准；密封进气管4、关闭阀门5、关闭流量控制阀20、关闭阀门13；把蒸馏水21通过加液器12加入到皂液回收杯3中，蒸馏水的体积要多于皂膜管的标准容积；逐渐打开流量控制阀20，使得蒸馏水21流入到皂膜管1中，当液面逐渐接近下刻度线7时，调小流量控制阀20，达到微量控制状态，同时观察液面的高度，当与下刻度线7齐平时关闭流量控制阀20；等待皂液回收杯3中蒸馏水21稳定，读取电子天平18的读数m₁；逐渐打开流量控制阀20，使得蒸馏水21流入到皂膜管1中，当液面逐渐上升到接近上刻度线6时，调小流量控制阀20，达到微量控制状态，同时观察液面的高度，当与上刻度线6齐平时关闭流量控制阀20；等待皂液回收杯3中蒸馏水21稳定，读取电子天平18的读数m₂；则此时皂膜管1中上刻度线6、下刻度线7之间的蒸馏水质量为m=m₁-m₂，由此根据温度和压力换算为皂膜流量计的标准容积。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动启膜式皂膜流量计，所述皂膜流量计包括皂膜管、皂膜生产装置和皂膜回收装置；皂膜生产装置包括皂液管和进气管，进气管设置在皂液管的上部；皂膜回收装置包括皂膜回收盖、皂液回收管和皂液回收杯，皂液回收管的一端连接皂膜管顶部的皂液回收盖，另一端伸入皂液回收杯内；其特征在于，所述皂液回收杯内装有皂液，皂液管的底端连接于皂膜回收杯底部侧壁，所述皂液的液面与进气管进气口的顶端处于同一高度。

2.根据权利要求1所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述皂液回收杯顶部连接有加液器。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述皂液回收杯上部连接有溢流管，溢流管的管口底端与进气管的进气口顶端处于同一水平面内，溢流管伸入溢流杯内。

4.根据权利要求3所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述溢流管上连接有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述皂液管与皂膜回收杯之间通过橡胶软管连接。

6.根据权利要求1所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述皂液管管壁上、进气管的下方设有阀门。

7.根据权利要求1所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述皂膜回收盖的顶部设有出气口，出气口处连接流量控制管。

8.根据权利要求7所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述流量控制管上连接有流量控制阀的一端。

9.根据权利要求8所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述流量控制阀另一端连接有预留管。

10.根据权利要求1所述的一种自动启膜式皂膜流量计，其特征在于，所述自动启膜式皂膜流量计配置有用于对皂液回收杯称重的电子天平。