本實(shí)用新型涉及流量測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)。

背景技術(shù)：

皂膜流量計(jì)是利用皂膜與皂膜之間的體積對(duì)氣體流量進(jìn)行計(jì)量的容積式流量計(jì)，需要準(zhǔn)確測(cè)量前后兩個(gè)皂膜的起始時(shí)間與終止時(shí)間，通常采用直接讀取刻度與手動(dòng)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)。電子皂膜流量計(jì)是在直讀式玻璃管皂膜流量計(jì)上安裝了成對(duì)光電傳感器而形成的一種能夠測(cè)量微小氣體流量的裝置，克服了由于人眼直接讀數(shù)、手掐秒表計(jì)時(shí)帶來(lái)誤差的缺陷，提高了測(cè)量精度，同時(shí)，簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了測(cè)量效率。所測(cè)流量范圍為12～60L/min。廣泛應(yīng)用于教學(xué)科研、環(huán)境監(jiān)測(cè)、理化分析等領(lǐng)域。

皂膜流量計(jì)的誤差主要來(lái)自于測(cè)量與過(guò)程控制，電子皂膜流量計(jì)雖然實(shí)現(xiàn)了皂膜的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，但在產(chǎn)泡的自動(dòng)控制方面仍然沒(méi)有任何改進(jìn)。例如：電子皂膜流量計(jì)仍需要人為擠壓下部的膠囊產(chǎn)泡，皂泡從膠囊內(nèi)擠出時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量堆積現(xiàn)象，形成“團(tuán)簇”狀，而不是一層薄膜；皂管在使用前需取下潤(rùn)濕，潤(rùn)濕完畢再重新裝配，或者將膠囊取下進(jìn)行在位潤(rùn)濕，造成大量皂液滴漏，人工操作繁瑣；測(cè)量時(shí)橡膠囊容易滑離三叉管而漏液，被迫中斷產(chǎn)泡；在產(chǎn)泡過(guò)程中，由于操作者習(xí)慣差異，皂膜產(chǎn)生的頻率不同，導(dǎo)致皂管內(nèi)部潤(rùn)濕程度變化較大，皂膜上升過(guò)程受到的阻力變化明顯，影響流量測(cè)量值的準(zhǔn)確性。這些控制過(guò)程導(dǎo)致的誤差無(wú)法通過(guò)光電傳感器的測(cè)量解決。同時(shí)，作為一種科研與工程檢測(cè)工具，在數(shù)據(jù)采集、記錄與分析、信息共享等方面也需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此，解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生皂膜，替代操作者擠壓橡膠囊的動(dòng)作。本實(shí)用新型裝置涉及一種自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)，該裝置具備電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠接收電信號(hào)進(jìn)行產(chǎn)泡過(guò)程的條件控制，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成皂管內(nèi)液位的升降，從而實(shí)現(xiàn)弱電控制信號(hào)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液位高低的連續(xù)操作過(guò)程，完成裝置的自動(dòng)化控制，彌補(bǔ)了現(xiàn)有光電傳感器只能進(jìn)行測(cè)量而不能實(shí)現(xiàn)控制的不足，為實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用提供技術(shù)保障。

該流量計(jì)采用電磁機(jī)構(gòu)控制推拉桿的伸縮，通過(guò)調(diào)整推拉桿末端重錘與儲(chǔ)液管液面間的距離，基于阿基米德定律，合理調(diào)整皂管與儲(chǔ)液管間管路通道的流動(dòng)阻力，控制儲(chǔ)液管內(nèi)液位高度，實(shí)現(xiàn)皂管內(nèi)液位的緩慢升降，保證皂管內(nèi)液位在下降過(guò)程中的速度與成膜速度相匹配，從而形成均勻的皂膜。

該裝置包括皂管、皂管支持系統(tǒng)、光電傳感系統(tǒng)、液位升降系統(tǒng)和液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

其中，皂管上端開(kāi)有出氣口，皂管下部側(cè)面開(kāi)有進(jìn)氣口；皂管支持系統(tǒng)包括立柱、底座、腳墊、上支架、下支架和托架，光電傳感系統(tǒng)包括光電傳感器發(fā)射端一、光電傳感器接收端一、光電傳感器發(fā)射端二和光電傳感器接收端二，立柱與底座相連，底座下部均勻分布四個(gè)腳墊，腳墊通過(guò)強(qiáng)力膠粘接在底座底部，上支架、下支架與托架分別采用帶有豎縫的穿孔與立柱相連，上支架、下支架和托架能夠上下滑動(dòng)，上支架上裝有光電傳感器發(fā)射端一和光電傳感器接收端一，下支架上裝有光電傳感器發(fā)射端二和光電傳感器接收端二，光電傳感器發(fā)射端一、光電傳感器接收端一、光電傳感器發(fā)射端二和光電傳感器接收端二通過(guò)強(qiáng)力膠粘接在上支架和下支架上，托架中間開(kāi)有圓孔，皂管底部細(xì)管插入圓孔，皂管上部粗大部分無(wú)法通過(guò)圓孔；

液位升降系統(tǒng)包括連通軟管、頂部插銷、推拉桿、彈簧、電磁線圈、底部插銷、重錘、儲(chǔ)液管、儲(chǔ)液管排液口和儲(chǔ)液管底板，連通軟管兩端分別連接皂管排液口與儲(chǔ)液管排液口，推拉桿與重錘采用螺紋連接，推拉桿上部和下部均開(kāi)有凹槽，用于插入頂部插銷和底部插銷，彈簧置于電磁線圈上端，彈簧上端和電磁線圈下端分別通過(guò)頂部插銷與底部插銷限制，不加電時(shí)，重錘自身重力壓縮彈簧收縮；加電時(shí)，推拉桿通過(guò)頂部插銷壓縮彈簧，推拉桿與重錘一起下移，重錘浸入儲(chǔ)液管內(nèi)皂液中，儲(chǔ)液管底板上開(kāi)有儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔，儲(chǔ)液管排液口穿過(guò)儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔，儲(chǔ)液管排液口外徑與儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔內(nèi)徑采用強(qiáng)力膠粘接，儲(chǔ)液管底板與上部的儲(chǔ)液管通過(guò)強(qiáng)力膠粘接；

液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括筋板、磁鐵頂板、圓筒、磁鐵底板、圓柱磁鐵、L型支架、緊固螺釘和滑軌，筋板一側(cè)為曲面，與儲(chǔ)液管外徑相連，筋板另一側(cè)為平面，與磁鐵頂板相連，筋板底面與儲(chǔ)液管底板相連，圓柱磁鐵置于被圓筒、磁鐵頂板和磁鐵底板包圍的空腔中，磁鐵底板與滑軌通過(guò)強(qiáng)力膠粘接，L型支架底部通過(guò)緊固螺釘與底座相連，滑軌沿L型支架上下滑動(dòng)，通過(guò)圓柱磁鐵的磁力將滑軌與L型支架連接在一起，磁鐵底板、圓柱磁鐵、圓筒、磁鐵頂板、筋板和儲(chǔ)液管隨滑軌上下運(yùn)動(dòng)。

其中，立柱為下端帶外螺紋的碳鋼或不銹鋼圓棒，腳墊由橡膠或硅膠材料制成，重錘為聚四氟乙烯材料做成的圓柱體。

推拉桿為碳鋼或磁性不銹鋼材料制成的鋼性直桿。

L型支架為磁性材料制成，呈“L”型。

推拉桿長(zhǎng)度、重錘直徑與高度滿足皂管液位上升至超過(guò)皂管進(jìn)氣口上沿。

彈簧位于電磁線圈上方，電磁線圈加電后，彈簧壓縮長(zhǎng)度保證皂管內(nèi)液位上升高度至皂管進(jìn)氣口上沿。

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本實(shí)用新型提出的利用直流電激勵(lì)產(chǎn)生磁力，與彈簧自身彈力相結(jié)合，通過(guò)推拉磁性推拉桿上升與下降，從而帶動(dòng)重錘浸入或浮出液體，根據(jù)阿基米德定律抬升和沉降液位，造成皂管內(nèi)液位周期性的漲落，由于連通導(dǎo)管的阻尼作用，液位上升與下降有一定延遲，使液體潤(rùn)濕皂管進(jìn)氣口速度較緩，從而使被測(cè)氣源與皂液有充分的時(shí)間接觸，形成薄的皂泡，液位繼續(xù)下降，完成由泡到膜的變化過(guò)程，利用上位機(jī)或單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)各種功能的自動(dòng)控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)部分部件拆卸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)工作原理示意圖一；

圖4為本實(shí)用新型自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)工作原理示意圖二；

圖5為本實(shí)用新型自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)工作原理示意圖三。

其中，1-立柱；2-底座；3-腳墊；4-光電傳感器發(fā)射端一；5-光電傳感器接收端一；6-上支架；7.-光電傳感器發(fā)射端二；8-光電傳感器接收端二；9-下支架；10-出氣口；11-皂管；12-進(jìn)氣口；13-托架；14-皂管排液口；15-連通軟管；16-頂部插銷；17-推拉桿；18-彈簧；19-電磁線圈；20-底部插銷；21-重錘；22-儲(chǔ)液管；23-儲(chǔ)液管排液口；24-儲(chǔ)液管底板；25-儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔；26-筋板；27-磁鐵頂板；28-圓筒；29-磁鐵底板；30-圓柱磁鐵；31-L型支架；32-緊固螺釘；33-滑軌。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型提供一種自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)。

如圖1和圖2所示，該裝置中，皂管11上端開(kāi)有出氣口10，皂管11下部側(cè)面開(kāi)有進(jìn)氣口12；皂管支持系統(tǒng)中立柱1采用下端帶外螺紋的碳鋼或不銹鋼圓棒，可以通過(guò)螺紋與下部帶內(nèi)螺紋的底座2相連，方便拆裝。底座2下部均勻分布四個(gè)腳墊3，為橡膠或硅膠材料，起減震作用，通過(guò)強(qiáng)力膠粘接在底座2底部。上支架6、下支架9與托架13分別采用帶有豎縫的穿孔與立柱1相連，可以上下滑動(dòng)，調(diào)整位置，通過(guò)螺釘縮小豎縫距離，依靠摩擦力抱緊立柱，起到定位作用。上支架6與下支架9上分別裝有光電傳感器發(fā)射端一4、光電傳感器接收端一5、光電傳感器發(fā)射端二7和光電傳感器接收端二8，托架13中間開(kāi)有圓孔，可容納皂管11底部細(xì)管插入，皂管上部粗大部分無(wú)法通過(guò)，因此，可以托舉皂管11，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)皂管11重量的支承。

光電傳感系統(tǒng)中光電傳感器用于感受皂膜的有無(wú)，由發(fā)射端與接收端組成，發(fā)射端發(fā)射紅外光，光路被障礙物擋住時(shí)，接收端無(wú)信號(hào)；障礙物移除時(shí)，接收端有信號(hào)，從而形成高低電平的差別，由電路實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。光電傳感器包括上、下兩對(duì)，光電傳感器發(fā)射端二7和光電傳感器接收端二8探測(cè)皂膜的開(kāi)始，光電傳感器發(fā)射端一4和光電傳感器接收端一5探測(cè)皂膜的終止，兩者的時(shí)間差即是皂膜的行進(jìn)時(shí)間，由皂管上、下光電傳感器的位置即可得到皂膜通過(guò)的有效體積，從而得到氣體在這段時(shí)間內(nèi)的平均流量。光電傳感器發(fā)射端一4、光電傳感器接收端一5、光電傳感器發(fā)射端二7和光電傳感器接收端二8通過(guò)強(qiáng)力膠分別粘接在上支架6和下支架9上，起到固定作用，從而保證在調(diào)節(jié)上支架6與下支架9位置時(shí)紅外光從發(fā)射端到接收端的光路可以保持不變。

液位升降系統(tǒng)中連通軟管15連接皂管排液口14與儲(chǔ)液管排液口23，由于皂管11與儲(chǔ)液管22分別與大氣相通，因此，通過(guò)連通軟管15可以保證皂管11與儲(chǔ)液管22內(nèi)的液位保持在同一水平高度。推拉桿17為一根細(xì)長(zhǎng)鋼性直桿，采用碳鋼或磁性不銹鋼材料。重錘21采用聚四氟乙烯材料做成圓柱體。推拉桿17與重錘21采用螺紋連接。推拉桿17上部和下部均開(kāi)有凹槽，用于插入頂部插銷16和底部插銷20，頂部插銷16與底部插銷20起到限位的作用，將電磁線圈19與彈簧18限制在固定長(zhǎng)度內(nèi)。彈簧18置于電磁線圈19上端，不加電時(shí)，重錘21自身重力壓縮彈簧18收縮；加電時(shí)，推拉桿17通過(guò)頂部插銷16壓縮彈簧18，推拉桿17與重錘21一起下移，重錘21浸入皂液中，由于阿基米德定律可知，儲(chǔ)液管22內(nèi)液位上升，通過(guò)連通軟管15使皂管11內(nèi)的液體同時(shí)上升。電磁線圈19由漆包線繞制而成，通過(guò)直流電時(shí)，電磁線圈19產(chǎn)生磁性，拉動(dòng)推拉桿17下移；斷電時(shí)，磁性消失，推拉桿17由于彈簧18的作用上移，恢復(fù)初始狀態(tài)。儲(chǔ)液管22為一粗圓筒，儲(chǔ)液管排液口23為一細(xì)圓管，儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔25為儲(chǔ)液管底板24上的孔洞，開(kāi)孔尺寸稍大于儲(chǔ)液管排液口23的外徑，三者均可采用透明亞克力材料。儲(chǔ)液管排液口23穿過(guò)儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔25，其外徑與儲(chǔ)液管底板開(kāi)孔25內(nèi)徑采用強(qiáng)力膠粘接，兩者形成一整體后再與上部的儲(chǔ)液管22通過(guò)強(qiáng)力膠粘接，形成一密封不透液體的儲(chǔ)液池，用于容納皂液。

液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中筋板26一側(cè)為曲面，與儲(chǔ)液管22外徑相連，另一側(cè)為平面，與磁鐵頂板27相連，底面與儲(chǔ)液管底板24相連，均采用強(qiáng)力膠粘接。圓柱磁鐵30置于被圓筒28、磁鐵頂板27和磁鐵底板29包圍的空腔中，首先將圓筒28與磁鐵頂板27用強(qiáng)力膠粘接牢固，把圓柱磁鐵30放于空腔中，再將磁鐵底板29與圓筒28用強(qiáng)力膠粘接，形成密封體，磁鐵底板29與滑軌33通過(guò)強(qiáng)力膠粘接。L型支架31采用碳鋼材料，呈一“L”型，底部通過(guò)緊固螺釘32與底座2相連?；?3可以沿L型支架31上下滑動(dòng)，通過(guò)圓柱磁鐵30的磁力將滑軌33與L型支架31連接在一起，磁鐵底板29、圓柱磁鐵30、圓筒28、磁鐵頂板27、筋板26和儲(chǔ)液管22等可隨滑軌33一起上下運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整液位的作用。

該自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)的操作過(guò)程如下：首先，從皂管11上部加入皂液，沿管壁環(huán)形滴入，保證皂管內(nèi)壁均勻潤(rùn)濕。上下移動(dòng)液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使重錘位于液位上方，并且皂管內(nèi)液位低于進(jìn)氣口下邊沿，此時(shí)，停止加液，如圖3所示。液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于磁力的作用懸在空中。將被測(cè)氣源與皂管進(jìn)氣口通過(guò)軟管相連，用皂液涂抹在接口周圍，沒(méi)有氣泡產(chǎn)生說(shuō)明氣密性好。通過(guò)上位機(jī)程序控制電磁線圈加電，或者手動(dòng)開(kāi)關(guān)給電磁線圈加電，電磁線圈加電后，產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引推拉桿向下移動(dòng)，帶動(dòng)重錘向下浸入皂液中，液位上升，當(dāng)皂管內(nèi)的液位上升到皂管進(jìn)氣口上邊沿時(shí)，進(jìn)氣口的氣體被阻擋在外面，無(wú)法進(jìn)入，形成液封，如圖4所示。給電磁線圈斷電，重錘與推拉桿一起上升，儲(chǔ)液管內(nèi)液位下降，皂管內(nèi)的液位隨之降低，在這個(gè)過(guò)程中，外部堵塞的氣體隨著液位下降形成的壓力減小，在氣體壓力作用下不斷向內(nèi)伸展，氣液交互界面逐漸增大，形成一薄層皂膜，在氣體的推動(dòng)下，向上移動(dòng)，如圖5所示。皂膜通過(guò)下光電傳感器時(shí)，由于皂膜的遮光作用，擋住了光電傳感器發(fā)射端發(fā)出的紅外光，使接收端無(wú)法接收，產(chǎn)生低電平信號(hào)；皂膜繼續(xù)向上移動(dòng)，離開(kāi)時(shí)，紅外光又可以被接收端接收，形成高電平信號(hào)。外部電路通過(guò)識(shí)別高、低電平的切換達(dá)到記錄皂膜開(kāi)始出發(fā)時(shí)間。同理，上部的光電傳感器也經(jīng)歷相同的過(guò)程，不同之處在于上部光電傳感器記錄的是皂膜終止時(shí)間。兩者之差即是皂膜通過(guò)這段體積所需要的時(shí)間，從而計(jì)算得到氣體的平均流量。皂膜通過(guò)上部光電傳感器后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)，電磁線圈繼續(xù)加電，進(jìn)行下一次產(chǎn)泡過(guò)程，從而達(dá)到自動(dòng)產(chǎn)泡，周而復(fù)始，形成一種自動(dòng)產(chǎn)泡的電子皂膜流量計(jì)。

在具體實(shí)施過(guò)程中，用該流量計(jì)測(cè)定軸流風(fēng)扇的氣體流量。選用內(nèi)徑15.5mm，外徑18.0mm，總長(zhǎng)443mm，標(biāo)稱為50mL的皂管11。皂管進(jìn)氣口12與軸流風(fēng)扇出口通過(guò)變徑與軟管連接。用500mL燒杯稱取40g洗潔精發(fā)泡劑，按洗潔精:去離子水的質(zhì)量比為1:10配制成皂液，用玻璃棒攪拌均勻。從皂管11上部沿玻璃棒引流至皂管內(nèi)壁，玻璃棒沿皂管內(nèi)壁順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到皂液均勻潤(rùn)濕皂管內(nèi)壁的目的。將液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)放至最低位置，使皂管11內(nèi)液位低于皂管進(jìn)氣口12的下邊沿，不斷提升液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)重錘21底端露出皂液面為止，然后進(jìn)行微調(diào)，使重錘21略高于儲(chǔ)液管22內(nèi)液面。電磁線圈19供電電壓為6V，額定電流為3A，給電磁線圈通電，推拉桿17向下移動(dòng)，壓縮上部彈簧18，推動(dòng)重錘21向下浸入皂液中，儲(chǔ)液管22內(nèi)液位上升，皂管11內(nèi)液位也隨之上升，當(dāng)液位上升至皂管進(jìn)氣口12上沿時(shí)，進(jìn)氣氣流被堵塞，在氣體與液體間形成氣液接觸界面。切斷電磁線圈19供電，重錘21在彈簧18彈力的作用下提升，從皂液中提起，儲(chǔ)液管22內(nèi)液位下降，皂管11內(nèi)液位也開(kāi)始下降，隨著皂管11內(nèi)液位的不斷降落，氣體不斷擠壓進(jìn)皂管11。由于皂液的表面張力的作用，氣體在皂管進(jìn)氣口12與皂管11橫截面交匯處吹出皂泡，液位降低越多，皂泡生長(zhǎng)越大，當(dāng)液位低于皂管進(jìn)氣口12的下邊沿時(shí)，皂泡變成皂膜，形成于皂管進(jìn)氣口上邊沿以上部分，隨著氣流的推動(dòng)，皂膜不斷上升，經(jīng)過(guò)下部光電傳感器時(shí)，遮住紅外光，形成低電平信號(hào)，記錄下皂膜起始時(shí)間，為19:59:10.00。皂膜繼續(xù)上升，到達(dá)上部光電傳感器時(shí)，同樣形成低電平信號(hào)，記錄下皂膜終止時(shí)間，為19:59:12.86。根據(jù)上、下光電傳感器間的體積50mL，計(jì)算出氣體的流量為：(50mL÷2.86s)×60s/min＝1048.95mL/min。

以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。