一種皂膜流量計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新思路探究

單保超+++馬啟睿+++劉雪

摘 要：目前，皂膜流量計(jì)的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)、理化分析和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等各種各樣場合的流量測量中均可使用。傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)的整體設(shè)計(jì)缺少人性化理念，使用不夠方便，效率較低。文章著重介紹一種皂膜流量計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新思路，提出一種新型的啟膜方式，并在皂膜管口處加上潤洗裝置和皂液的吸收裝置，使皂膜流量計(jì)的使用更加方便，測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)環(huán)境更加清潔。

關(guān)鍵詞：皂膜流量計(jì)；啟膜裝置；潤洗裝置；人性化

引言

皂膜流量計(jì)是我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于科研、教育、工程測試等領(lǐng)域，完成流量檢測與流量校準(zhǔn)等工作。目前，測量流量的裝置有很多，例如：轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、孔板流量計(jì)等，不同的實(shí)驗(yàn)裝置有不同的應(yīng)用領(lǐng)域以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。皂膜流量計(jì)憑借其測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、價格便宜的優(yōu)勢，廣受使用者歡迎。但是，隨著時代的進(jìn)步，傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)也暴露出了很多缺點(diǎn)，如手掐秒表計(jì)時、擠壓皂液啟膜、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等工作需要不斷在雙手之間的切換，極為繁瑣，降低了使用者的使用舒適度和實(shí)驗(yàn)效率；實(shí)驗(yàn)過程中，皂膜溢出皂膜管、橡膠囊滑離三叉管會使皂液灑出污染試驗(yàn)臺。故需要對傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)做出一定的改進(jìn)與創(chuàng)新，以提高其使用性能，以繼續(xù)滿足廣大使用者的使用需求。

1 原理簡介

傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)由三叉管和皂膜管組成，三叉管一頭接外來氣流，另一頭接儲存肥皂液的橡膠囊。當(dāng)有氣流通過時，擠壓橡膠囊，便可產(chǎn)生皂膜，并在外來氣流的作用下推動皂膜上升。皂膜上升的速度大小反映流量大小。因此，可以依據(jù)此原理，計(jì)算出一定時間段內(nèi)皂膜經(jīng)過的體積，計(jì)算出流量的大小。

2 存在問題

目前，隨著電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子皂膜流量計(jì)大量興起，有慢慢取代傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)的趨勢。但是，傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果較其它測量方法有一定的優(yōu)勢，因此依然占據(jù)大量市場。同時，傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)作為最原始的皂膜流量計(jì)，十分有助于學(xué)生理解其測量原理，提高自己的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，因此特別適合作為各大院校相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)器材，開展相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作。

但是，傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)本身存在很多設(shè)計(jì)上的缺陷，需要我們?nèi)ジ倪M(jìn)和創(chuàng)新，以滿足實(shí)驗(yàn)者的需求。從使用流程來看，傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)主要存在一下幾個問題。

第一，在純手工操作的情況下，實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)過程中，需要不斷的在手掐秒表計(jì)時、擠壓皂液啟膜、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等相關(guān)工作中切換。這樣，各項(xiàng)工作之間的反復(fù)切換，不僅使得操作流程繁瑣復(fù)雜，讓實(shí)驗(yàn)者手忙腳亂，忙于應(yīng)付，也會在無形之中會耽誤很多時間，降低實(shí)驗(yàn)效率。同時，如此反復(fù)進(jìn)行工作之間的切換，難免會讓實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)生厭倦心理，影響實(shí)驗(yàn)者地的舒適度。

第二，皂膜管由于長期開口，內(nèi)部難免會落入各種雜質(zhì)，因此，在每次實(shí)驗(yàn)前都需要對管壁進(jìn)行潤濕以提高皂膜的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)是通過不斷擠出小皂膜使其上升來達(dá)到潤濕管壁的目的的，潤濕過程緩慢，效率較低。

第三，測量過程中，往往是測量一系列的流量，這樣大量的皂膜在皂膜管口破碎，使破碎出的皂膜液從皂膜管口溢出，流到皂膜管外壁甚至是實(shí)驗(yàn)臺上，影響實(shí)驗(yàn)環(huán)境的清潔。再者，儲存皂膜的橡膠囊經(jīng)常會滑離三叉管，使得其內(nèi)部的肥皂液灑到實(shí)驗(yàn)臺，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境造成極大的污染，同時也是對肥皂液的浪費(fèi)。

3 方案設(shè)計(jì)及使用方法

針對傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)中存在的各種問題，特提出以下改良方案，為皂膜流量計(jì)的改進(jìn)和創(chuàng)新提供一種參考思路。該設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)思路如圖1所示：

3.1 實(shí)施方式

圖1中，將潤洗噴頭和皂膜流量計(jì)本身按照圖示位置夾持固定。儲液池（8）通過橡膠管與橡膠皮囊（7）連接，且在三叉管的A處和B處配備夾子以控制管路的流通與否。橡膠皮囊（7）裝在踏板（6）之下，踏板（6）與彈簧相連接，使得踏板（6）在不受外力作用時不擠壓橡膠皮囊（7）或者使橡膠皮囊（7）遭受擠壓之后及時恢復(fù)原形，便于液體迅速回流。潤洗噴頭（4）處由上下兩個端蓋組成，其間采用螺栓連接，便于控制兩端蓋的距離，進(jìn)而控制液體出流的沖力及射程。操縱桿（5）是潤洗噴頭（4）的手拿部位，用以控制潤洗噴頭（4）的安裝、夾持、移動等。在特殊情況下可利用操縱桿（5）將潤洗噴頭（4）與管壁的某一部位距離拉近，進(jìn)行重點(diǎn)清洗。

3.2 操作過程

潤洗過程：打開A處和B處開關(guān)，使肥皂液充滿橡膠皮囊（7）；之后，關(guān)閉A處開關(guān)，打開B處開關(guān)，踏下踏板（6），將原本儲存在橡膠皮囊（7）內(nèi)的肥皂液通過橡膠管擠入潤洗噴頭（4），實(shí)現(xiàn)潤洗。對于細(xì)管徑皂膜管，輕踏踏板（6），使液體出流平緩，射程近，沖力?。粚τ诖止軓皆砟す?，可加大踩踏踏板（6）的力度，使液體快速出流，射程遠(yuǎn)，沖力大，從而完成不同工況及不同管徑管壁的清洗工作?？芍貜?fù)進(jìn)行。

測量過程：將潤洗噴頭（4）從皂膜管（2）內(nèi)旋出，將直徑略大于皂膜管（2）管徑的環(huán)形海綿塞入皂膜管。打開A處和B處開關(guān)，使肥皂液充滿橡膠皮囊（7），然后關(guān)閉B處開關(guān)。接通氣體，使氣體由進(jìn)氣口（1）進(jìn)入，踏下踏板（6）以擠壓橡膠皮囊（7），使肥皂液進(jìn)入儲液池（8）。儲液池（8）內(nèi)液面升高，接觸皂膜管后，迅速松開踏板（6），液體回流入橡膠皮囊（7），便可在皂膜管口產(chǎn)生皂膜，在氣流的作用下，使皂膜沿皂膜管壁上升，完成啟膜。

4 改良方案的效果

第一，新型啟膜方式的應(yīng)用。如圖1中所示，新型的啟膜裝置由儲液池和皂膜管組成，通過腳控彈簧踏板控制。這樣一來，我們在實(shí)驗(yàn)過程中便可避免雙手在手掐秒表計(jì)時、擠壓皂液啟膜、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄之間切換，從而提高實(shí)驗(yàn)效率以及操作者的舒適度。我們希望，左手及右手分別控制一項(xiàng)工作（手掐秒表和數(shù)據(jù)記錄），快速完成實(shí)驗(yàn)的測量，而使用此改良裝置正能達(dá)到此種目的。

通過將玻璃管插入到盛有肥皂液的容器內(nèi)快速取出，模擬新型啟膜裝置的啟膜過程，我們發(fā)現(xiàn)，新型啟膜方法中，將會啟出一個整體的大皂膜，而傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)啟膜中，啟出一個大皂膜，四周附有許多小氣泡。由此可以看出：新型啟膜方法在啟膜方式和測量準(zhǔn)確性上要優(yōu)于傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)。endprint

第二，潤洗裝置的應(yīng)用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實(shí)驗(yàn)之前可以通過腳控踏板控制橡膠囊，擠出肥皂液，潤洗皂膜管壁，從而達(dá)到快速、強(qiáng)力清洗皂膜管內(nèi)壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實(shí)現(xiàn)四周出水，以達(dá)到全面潤洗皂膜管內(nèi)壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉(zhuǎn)噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)壁的全面均勻的清洗。有關(guān)這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據(jù)皂膜管內(nèi)壁的含雜質(zhì)情況以及內(nèi)徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使?jié)櫹磭婎^處的射流速度有所不同，適應(yīng)不同工況下清洗工作的需要。操縱桿可以控制潤洗噴頭的上下移動，實(shí)現(xiàn)上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使?jié)櫹磭婎^接近管壁的某一位置，實(shí)現(xiàn)特殊部位的強(qiáng)力清洗。

第三，吸液裝置的應(yīng)用。所謂的潤洗裝置其實(shí)就是一塊外徑略大于皂膜管內(nèi)徑的環(huán)形海綿，塞到皂膜管口處吸收破碎的皂膜液滴。這樣做，既能避免皂膜液溢出污染皂膜管外壁及實(shí)驗(yàn)臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩(wěn)定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實(shí)驗(yàn)中，共測量16塊巖心的滲透率，分兩次測量，即為有海綿吸附器和沒有海綿吸附器，以檢測海綿吸附器的應(yīng)用對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，海綿吸附器的應(yīng)用對于皂膜的穩(wěn)定性影響不大，卻能夠顯著提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境的清潔度，為實(shí)驗(yàn)者營造一個良好的操作環(huán)境。

5 結(jié)束語

文章介紹了傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)基礎(chǔ)之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實(shí)驗(yàn)效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時整體設(shè)計(jì)更加人性化，有利于提高操作者的使用舒適度。此改良方案不僅可以單獨(dú)使用，準(zhǔn)確簡便的進(jìn)行流量的測定，而且可以配合紅外感應(yīng)器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計(jì)，滿足不同使用群體的需求，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻(xiàn)

[1]李虹杰，肖心玖.皂膜流量計(jì)啟膜裝置[J].中國，94218474.[P].1995.0

3.29.

[2]凡恩來.改良式皂膜流量計(jì)[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，1987（04）.

[3]中國皂膜流量計(jì)項(xiàng)目產(chǎn)品市場供需現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告北京中經(jīng)縱橫經(jīng)濟(jì)研究院，2009.

作者簡介：單保超（1991，4-），男，山東日照，西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)在讀本科。endprint

第二，潤洗裝置的應(yīng)用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實(shí)驗(yàn)之前可以通過腳控踏板控制橡膠囊，擠出肥皂液，潤洗皂膜管壁，從而達(dá)到快速、強(qiáng)力清洗皂膜管內(nèi)壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實(shí)現(xiàn)四周出水，以達(dá)到全面潤洗皂膜管內(nèi)壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉(zhuǎn)噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)壁的全面均勻的清洗。有關(guān)這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據(jù)皂膜管內(nèi)壁的含雜質(zhì)情況以及內(nèi)徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使?jié)櫹磭婎^處的射流速度有所不同，適應(yīng)不同工況下清洗工作的需要。操縱桿可以控制潤洗噴頭的上下移動，實(shí)現(xiàn)上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使?jié)櫹磭婎^接近管壁的某一位置，實(shí)現(xiàn)特殊部位的強(qiáng)力清洗。

第三，吸液裝置的應(yīng)用。所謂的潤洗裝置其實(shí)就是一塊外徑略大于皂膜管內(nèi)徑的環(huán)形海綿，塞到皂膜管口處吸收破碎的皂膜液滴。這樣做，既能避免皂膜液溢出污染皂膜管外壁及實(shí)驗(yàn)臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩(wěn)定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實(shí)驗(yàn)中，共測量16塊巖心的滲透率，分兩次測量，即為有海綿吸附器和沒有海綿吸附器，以檢測海綿吸附器的應(yīng)用對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，海綿吸附器的應(yīng)用對于皂膜的穩(wěn)定性影響不大，卻能夠顯著提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境的清潔度，為實(shí)驗(yàn)者營造一個良好的操作環(huán)境。

5 結(jié)束語

文章介紹了傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)基礎(chǔ)之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實(shí)驗(yàn)效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時整體設(shè)計(jì)更加人性化，有利于提高操作者的使用舒適度。此改良方案不僅可以單獨(dú)使用，準(zhǔn)確簡便的進(jìn)行流量的測定，而且可以配合紅外感應(yīng)器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計(jì)，滿足不同使用群體的需求，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻(xiàn)

[1]李虹杰，肖心玖.皂膜流量計(jì)啟膜裝置[J].中國，94218474.[P].1995.0

3.29.

[2]凡恩來.改良式皂膜流量計(jì)[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，1987（04）.

[3]中國皂膜流量計(jì)項(xiàng)目產(chǎn)品市場供需現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告北京中經(jīng)縱橫經(jīng)濟(jì)研究院，2009.

作者簡介：單保超（1991，4-），男，山東日照，西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)在讀本科。endprint

第二，潤洗裝置的應(yīng)用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實(shí)驗(yàn)之前可以通過腳控踏板控制橡膠囊，擠出肥皂液，潤洗皂膜管壁，從而達(dá)到快速、強(qiáng)力清洗皂膜管內(nèi)壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實(shí)現(xiàn)四周出水，以達(dá)到全面潤洗皂膜管內(nèi)壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉(zhuǎn)噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)壁的全面均勻的清洗。有關(guān)這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據(jù)皂膜管內(nèi)壁的含雜質(zhì)情況以及內(nèi)徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使?jié)櫹磭婎^處的射流速度有所不同，適應(yīng)不同工況下清洗工作的需要。操縱桿可以控制潤洗噴頭的上下移動，實(shí)現(xiàn)上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使?jié)櫹磭婎^接近管壁的某一位置，實(shí)現(xiàn)特殊部位的強(qiáng)力清洗。

第三，吸液裝置的應(yīng)用。所謂的潤洗裝置其實(shí)就是一塊外徑略大于皂膜管內(nèi)徑的環(huán)形海綿，塞到皂膜管口處吸收破碎的皂膜液滴。這樣做，既能避免皂膜液溢出污染皂膜管外壁及實(shí)驗(yàn)臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩(wěn)定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實(shí)驗(yàn)中，共測量16塊巖心的滲透率，分兩次測量，即為有海綿吸附器和沒有海綿吸附器，以檢測海綿吸附器的應(yīng)用對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，海綿吸附器的應(yīng)用對于皂膜的穩(wěn)定性影響不大，卻能夠顯著提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境的清潔度，為實(shí)驗(yàn)者營造一個良好的操作環(huán)境。

5 結(jié)束語

文章介紹了傳統(tǒng)皂膜流量計(jì)的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統(tǒng)的皂膜流量計(jì)基礎(chǔ)之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實(shí)驗(yàn)效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時整體設(shè)計(jì)更加人性化，有利于提高操作者的使用舒適度。此改良方案不僅可以單獨(dú)使用，準(zhǔn)確簡便的進(jìn)行流量的測定，而且可以配合紅外感應(yīng)器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計(jì)，滿足不同使用群體的需求，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻(xiàn)

[1]李虹杰，肖心玖.皂膜流量計(jì)啟膜裝置[J].中國，94218474.[P].1995.0

3.29.

[2]凡恩來.改良式皂膜流量計(jì)[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，1987（04）.

[3]中國皂膜流量計(jì)項(xiàng)目產(chǎn)品市場供需現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告北京中經(jīng)縱橫經(jīng)濟(jì)研究院，2009.

作者簡介：單保超（1991，4-），男，山東日照，西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)在讀本科。endprint