CN110879129A - 一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置。具体包括实验台、试件支架、管路测量系统、供水系统和压力控制系统。试件支架固定在实验台上，管路测量系统固定在试件支架上并且和供液系统相连，所述供液系统固定在实验台上，压力控制系统固定在实验台上，并与供液系统相连；通过调节所述试件支架来调节实验管的拉伸状态，供液系统为整个闭环压力系统提供所需的实验液体，压力控制系统为整个闭环压力系统提供可调节的压力，管路测量系统对实验管和供液系统中的管道压力和管道流量进行实时监测。本发明测量实验管路方便更换，实验数据采集准确、重复性好，使用过程简单、安全、可靠。

Description

一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其是一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置。

背景技术

血管在生物体内是被拉伸的变形状态，具有变形能，变形后的血管对血液的输送是否具有促进作用，需要进行实验验证；进一步可以拓展到弹性材料，弹性材料在变形后也存储有变形能，推断变形后的弹性材料可以对液体输送产生促进作用；为了验证具有不同弹性模量的材料在拉伸变形后，对液体的输送产生促进作用，设计该实验装置。若弹性管道的变形能能促进流体的输送，该装置不仅能揭示这一自然现象，更能在解释房颤、动脉血管硬化等心血管疾病时，提供力学方面的解释，具有重要意义。而且目前尚未发现有关变形能影响液体输送的相关研究。

发明内容

本发明的目的是为了测试在闭环压力系统下，具有不同弹性模量的材料在拉伸变形后，输送液体流量的变化，揭示管道变形对液体输送的影响。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，包括实验台10、试件支架11、管路测量系统12、供液系统13和压力控制系统14，所述试件支架11固定在实验台10上，所述管路测量系统12固定在试件支架11上并且和供液系统13相连，所述供液系统13固定在实验台10上，所述压力控制系统14固定在实验台10上，并与供液系统13相连；

因为流体输送与流量、流速、压力差的变化密切相关，所以在实验过程中记录压力、实验管管径、流量的变化，通过调节所述试件支架11来调节实验管的拉伸状态，所述供液系统13为整个闭环压力系统提供所需的实验液体，所述压力控制系统14为整个闭环压力系统提供可调节的压力，所述管路测量系统12对实验管和供液系统13中的管道压力和管道流量进行实时监测。

各部分的具体结构如下：

所述试件支架11包括实验管支架111、激光测距仪支架112和导轨113；

所述测量管路系统12包括数显式压力计Ⅰ121、数显式压力计Ⅱ122、数显式流量计123、激光测距仪124和实验管；

所述供液系统13包括蠕动泵131、上供液管路132、下供液管路133和密封罐134；

所述压力控制系统14包括水头管路141和固定支架142；

所述导轨113固定在实验台10上，实验管支架111和激光测距仪支架112固定在导轨113上且可沿其相向滑动，实验管支架111上下两端分别固定有方形台，实验管的两端分别固定在上下的方形台中，上方的方形台可沿实验管支架111上下滑动，激光测距仪支架112上固定有可上下滑动的激光测距仪124，激光测距仪124面对实验管用于测量实验管的外径；

所述数显式压力计Ⅰ121固定在上供液管路132上，数显式压力计Ⅱ122和数显式流量计123固定在下供液管路133上；

所述上供液管路132通过支架固定在实验台10上方，上供液管路132一端固定在上方的方形台中且与实验管的上端连通，另一端连通至蠕动泵131，蠕动泵131与密封罐134相连，所述下供液管路133一端固定在下方的方形台中且与实验管的下端连通，另一端连通至密封罐134，水头管路141连通至密封罐134上端，水头管路141固定在固定支架142上。

本发明的工作原理：本发明设置了位置可调节的固定支架以及可拆卸连接的实验管，本发明的测量管路系统可根据不同实验更换不同管路与传感器的组合；进行实验时，仅需要挑选实验管，将实验管与实验管支架上的上下方形接口台连接，用紧固件将实验管夹固到接口处，则完成实验管的更换和组装，进行实验即可，组装过程方便快捷。

本发明的有益效果：本发明采用压力计、流量计和激光测距系统进行数据采集，可以准确快速高效地采集实验系统中的参数，能解决设计实验要求的问题；本发明使用过程简单、安全、可靠，是适用于多种材料、多种流体的变形能-流量关系测定的实验装置，有效地提高了实验多样性、实验安全可靠性及实验真实性，具有很好的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明的主视结构图；

图2为本发明的主视结构局部图；

图3为本发明中试件支架的左视图；

图4为激光测距支架的结构图；

图5为方形台与试件支架上支撑块的俯视结构图。

图中，10为实验台，11为试件支架，12为管路测量系统，13为供液系统，14为压力控制系统；111为实验管支架，112为激光测距仪支架，113为导轨，121为数显式压力计Ⅰ，122为数显式压力计Ⅱ，123为数显式流量计，124为激光测距仪，131为蠕动泵，132为上供液管路，133为下供液管路，134为密封罐，141为水头管路，142为固定支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1所示，一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，包括实验台10、试件支架11、管路测量系统12、供液系统13和压力控制系统14，所述试件支架11固定在实验台10上，所述管路测量系统12固定在试件支架11上并且和供液系统13相连，所述供液系统13固定在实验台10上，所述压力控制系统14固定在实验台10上，并与供液系统13相连；

其具体结构如图1-3所示：

所述试件支架11包括实验管支架111、激光测距仪支架112和导轨113；

所述测量管路系统12包括数显式压力计Ⅰ121、数显式压力计Ⅱ122、数显式流量计123、激光测距仪124和实验管；

所述供液系统13包括蠕动泵131、上供液管路132、下供液管路133和密封罐134；

所述压力控制系统14包括水头管路141和固定支架142；

所述导轨113固定在实验台10上，导轨113上有圆形开槽，实验管支架111和激光测距仪支架112通过下方的滚轮与导轨113相连，可沿导轨113相向自由滑动，实验管支架111上下两端分别固定有方形台，实验管的两端分别固定在上下的方形台中，上方的方形台可沿实验管支架111上下滑动，激光测距仪支架112上固定有可上下滑动的激光测距仪124，激光测距仪124面对实验管用于测量实验管的外径；

所述数显式压力计Ⅰ121固定在上供液管路132上，数显式压力计Ⅱ122和数显式流量计123固定在下供液管路133上；

所述上供液管路132通过支架固定在实验台10上方，上供液管路132一端固定在上方的方形台中且与实验管的上端连通，另一端连通至蠕动泵131，蠕动泵131与密封罐134相连，所述下供液管路133一端固定在下方的方形台中且与实验管的下端连通，另一端连通至密封罐134，水头管路141连通至密封罐134上端，水头管路141固定在固定支架142上。

通过调节所述试件支架11来调节实验管的拉伸状态，所述供液系统13为整个闭环压力系统提供所需的实验液体，所述压力控制系统14为整个闭环压力系统提供可调节的压力，所述管路测量系统12对实验管和供液系统13中的管道压力和管道流量进行实时监测。

实施例2：本实施例中对各部件进行进一步的详细说明。如图4所示，所述实验管支架111上下两端分别固定有支撑块，支撑块分别与方形台相连，两根不锈钢柱以及一根带螺纹的圆柱固定在上下的支撑块之间，带螺纹的圆柱位于两根不锈钢柱之间，两根不锈钢柱为上部方形台的移动提供轨道，并起到固定作用；带螺纹的圆柱，通过顶部螺旋转动，可以使上部方形台上下移动，并可以锁定位置。激光测距仪支架112的结构同实验管支架111整体相同，但激光测距仪支架112上没有上下的方形块，在中间有一块钢板螺旋固定在中间螺纹圆柱上，激光测距仪124固定在钢板上，也可以通过顶部的螺旋转动，实现激光测距仪124的上下移动，通过左右、上下移动调整到所需位置进行测量。方形台下端开G1/2的内螺纹，可以连接不同尺寸的宝塔接头，用于连接不同口径的实验管；方形台上端开G1/2的内螺纹，用于连接上供液管路132的螺纹弯头，可以接入供水系统中。

数显式压力计Ⅰ121、数显式压力计Ⅱ122和数显式流量计123通过三通进行螺纹连接在供水管路上，可以数显进行记录，也可以通过数据采集卡将信号传输到计算机上，进行同步记录。所述上供液管路132上固定有自动排气阀，数显式压力计Ⅰ121与上供液管路132的转弯处以及自动排气阀之间的距离均不小于15cm；

所述上供液管路132和下供液管路133由管径DN15的PP管焊接而成，下供液管路133上固定有开关阀，数显式压力计Ⅱ122和数显式流量计123位于下供液管路133的转弯处和开关阀之间，其中数显式流量计123更靠近开关阀，数显式压力计Ⅱ122与下供液管路133的转弯处以及数显式流量计123之间的距离均不小于15cm，数显式流量计123与开关阀之间的距离也不小于15cm。

所述密封罐134为体积15L的圆柱形不锈钢罐，从下到上开设有第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，其中第一出口为实验液体进出口，与外界的实验液体提供源相连，第二出口连接下供液管路133，第三出口连接蠕动泵131进口的硅胶管，蠕动泵131可以根据要求调节流量，控制流量在0.5L/min-10L/min，第四出口连接水头管路141。

所述压力控制系统14中的水头管路141选取直径为20mm的塑料管，长度为2.5米，固定在支架142上。固定支架142置于地面，用于固定水头管路141。整个系统的作用是为测量系统提供可以调节的压力。水头管路141由管径DN15的PP管和透明塑料管组成，在透明塑料管附近有精度1mm的刻度标注。

以上所述各部分及阀门、弯头等用螺纹连接件连接。所述实验装置包括管材、弯头、三通、水龙头、接头等优选PP材料，避免生锈。

使用上述装置进行实验时，首先将实验管固定安装到实验管支架111上，通过密封罐134的第一出口进实验液体，使整个系统充满所需实验液体，开动蠕动泵131，排空系统内空气，调节水头至设置压力值。然后调节蠕动泵131转速，使流量为设定值，进行实验，记录数显式压力计Ⅰ121、数显式压力计Ⅱ122和数显式流量计123上的数据；将实验管长度进行拉长，拉伸至设定伸长率，在相同转速下进行实验，记录相应的数据。最后实验完成后，打开下供液管路133上的阀门，排除管路内实验液体，更换实验管，进行下一次实验。

实施例3：本装置中实验流体为自来水、生理盐水、人工血液等牛顿和非牛顿流体。实验管包括不同弹性模量实验材料的管路，具体可以为内径10-20mm、长度12-20cm的玻璃管（作为空白对照组），内径10-20mm、长度10-60cm的塑料管，内径8-20mm、长度12-60cm的硅胶管，内径8-20mm、长度10-60cm的乳胶管，内径8-20mm、长度12-20cm的猪血管。

本实例中采用实施例2中的装置对内径为11mm、长度为15cm的乳胶管进行实验，蠕动泵设置转速为120rad/min，分别记录5min、10min、15min和20min时的累积流量；平行实验5次，取平均值，记录数据如下表1所示。

表1乳胶管在不同伸长率下的累积流量

由上表可知，随乳胶管伸长率的不同，累积流量缓慢增加，在乳胶管伸长率为0.4时，20min的累积流量为115mL，出现了明显的增加。

实施例4：本实施例与实施例1、2的不同之处在于，将试件支架11、管路测量系统12和供水系统13进行平置，消除实验管进出口压力差，并可以将实验管浸入实验液体中，增加外部压力。

实施例5：本实施例与实施例1、2的不同之处在于，增加数据采集卡，将压力计、流量计、激光测距仪的数据同步传输到计算机上进行数据记录。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：包括实验台（10）、试件支架（11）、管路测量系统（12）、供液系统（13）和压力控制系统（14），所述试件支架（11）固定在实验台（10）上，所述管路测量系统（12）固定在试件支架（11）上并且和供液系统（13）相连，所述供液系统（13）固定在实验台（10）上，所述压力控制系统（14）固定在实验台（10）上，并与供液系统（13）相连；

通过调节所述试件支架（11）来调节实验管的拉伸状态，所述供液系统（13）为整个闭环压力系统提供所需的实验液体，所述压力控制系统（14）为整个闭环压力系统提供可调节的压力，所述管路测量系统（12）对实验管和供液系统（13）中的管道压力和管道流量进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：

所述试件支架（11）包括实验管支架（111）、激光测距仪支架（112）和导轨（113）；

所述测量管路系统（12）包括数显式压力计Ⅰ（121）、数显式压力计Ⅱ（122）、数显式流量计（123）、激光测距仪（124）和实验管；

所述供液系统（13）包括蠕动泵（131）、上供液管路（132）、下供液管路（133）和密封罐（134）；

所述压力控制系统（14）包括水头管路（141）和固定支架（142）；

所述导轨（113）固定在实验台（10）上，实验管支架（111）和激光测距仪支架（112）固定在导轨（113）上且可沿其相向滑动，实验管支架（111）上下两端分别固定有方形台，实验管的两端分别固定在上下的方形台中，上方的方形台可沿实验管支架（111）上下滑动，激光测距仪支架（112）上固定有可上下滑动的激光测距仪（124），激光测距仪（124）面对实验管用于测量实验管的外径；

所述数显式压力计Ⅰ（121）固定在上供液管路（132）上，数显式压力计Ⅱ（122）和数显式流量计（123）固定在下供液管路（133）上；

所述上供液管路（132）通过支架固定在实验台（10）上方，上供液管路（132）一端固定在上方的方形台中且与实验管的上端连通，另一端连通至蠕动泵（131），蠕动泵（131）与密封罐（134）相连，所述下供液管路（133）一端固定在下方的方形台中且与实验管的下端连通，另一端连通至密封罐（134），水头管路（141）连通至密封罐（134）上端，水头管路（141）固定在固定支架（142）上。

3.根据权利要求2所述的测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：所述实验管支架（111）上下两端分别固定有支撑块，支撑块分别与方形台相连，两根不锈钢柱以及一根带螺纹的圆柱固定在上下的支撑块之间，带螺纹的圆柱位于两根不锈钢柱之间，其中上方的支撑块可在带螺纹的圆柱的带动下沿两根不锈钢柱上下滑动。

4.根据权利要求2所述的测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：所述密封罐（134）由钢材焊接而成，从下到上开设有第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，其中第一出口为实验液体进出口，与外界的实验液体提供源相连，第二出口连接下供液管路（133），第三出口连接蠕动泵（131）进口的硅胶管，第四出口连接水头管路（141）。

5.根据权利要求2所述的测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：所述上供液管路（132）上固定有自动排气阀，数显式压力计Ⅰ（121）与上供液管路（132）的转弯处以及自动排气阀之间的距离均不小于15cm；

所述下供液管路（133）上固定有开关阀，数显式压力计Ⅱ（122）和数显式流量计（123）位于下供液管路（133）的转弯处和开关阀之间，其中数显式流量计（123）更靠近开关阀，数显式压力计Ⅱ（122）与下供液管路（133）的转弯处以及数显式流量计（123）之间的距离均不小于15cm，数显式流量计（123）与开关阀之间的距离也不小于15cm。

6.根据权利要求2或5所述的测试闭环压力系统中管道变形对液体流量影响的装置，其特征在于：所述上供液管路（132）和下供液管路（133）由管径DN15的PP管焊接而成。

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