专利摘要

本发明提供一种自动产泡的电子皂膜流量计，属于流量测定技术领域。该流量计由皂管、皂管支持系统、光电传感系统、液位升降系统和液位调节系统五部分组成。利用直流电流经多匝线圈产生磁力，与弹簧自身弹力相结合，通过推拉磁性推拉杆上升与下降，带动重锤浸入和浮出液体，根据阿基米德定律抬升和沉降液位，造成皂管内液位周期性的涨落。由于连通导管的阻尼作用，液位上升与下降速度缓慢，使被测气源与皂液有充分的时间接触，液位下降时，最初形成薄的皂泡，液位继续下降，皂泡逐渐长大，最终与液面分离形成皂膜。该过程可以通过上位机或单片机实现自动控制。

权利要求

1.一种自动产泡的电子皂膜流量计，其特征在于：包括皂管、皂管支持系统、光电传感系统、液位升降系统和液位调节系统；

其中，皂管(11)上端开有出气口(10)，皂管(11)下部侧面开有进气口(12)；皂管支持系统包括立柱(1)、底座(2)、脚垫(3)、上支架(6)、下支架(9)和托架(13)，光电传感系统包括光电传感器发射端一(4)、光电传感器接收端一(5)、光电传感器发射端二(7)和光电传感器接收端二(8)，立柱(1)与底座(2)相连，底座(2)下部均匀分布四个脚垫(3)，脚垫(3)通过强力胶粘接在底座(2)底部，上支架(6)、下支架(9)与托架(13)分别采用带有竖缝的穿孔与立柱(1)相连，上支架(6)、下支架(9)和托架(13)能够上下滑动，上支架(6)上装有光电传感器发射端一(4)和光电传感器接收端一(5)，下支架(9)上装有光电传感器发射端二(7)和光电传感器接收端二(8)，光电传感器发射端一(4)、光电传感器接收端一(5)、光电传感器发射端二(7)和光电传感器接收端二(8)通过强力胶粘接在上支架(6)和下支架(9)上，托架(13)中间开有圆孔，皂管(11)底部细管插入圆孔，皂管上部粗大部分无法通过圆孔；

液位升降系统包括连通软管(15)、顶部插销(16)、推拉杆(17)、弹簧(18)、电磁线圈(19)、底部插销(20)、重锤(21)、储液管(22)、储液管排液口(23)和储液管底板(24)，连通软管(15)两端分别连接皂管排液口(14)与储液管排液口(23)，推拉杆(17)与重锤(21)采用螺纹连接，推拉杆(17)上部和下部均开有凹槽，用于插入顶部插销(16)和底部插销(20)，弹簧(18)置于电磁线圈(19)上端，弹簧(18)上端和电磁线圈(19)下端分别通过顶部插销(16)与底部插销(20)限制，不加电时，重锤(21)自身重力压缩弹簧(18)收缩；加电时，推拉杆(17)通过顶部插销(16)压缩弹簧(18)，推拉杆(17)与重锤(21)一起下移，重锤(21)浸入储液管(22)内皂液中，储液管底板(24)上开有储液管底板开孔(25)，储液管排液口(23)穿过储液管底板开孔(25)，储液管排液口(23)外径与储液管底板开孔(25)内径采用强力胶粘接，储液管底板(24)与上部的储液管(22)通过强力胶粘接；

液位调节系统包括筋板(26)、磁铁顶板(27)、圆筒(28)、磁铁底板(29)、圆柱磁铁(30)、L型支架(31)、紧固螺钉(32)和滑轨(33)，筋板(26)一侧为曲面，与储液管(22)外径相连，筋板(26)另一侧为平面，与磁铁顶板(27)相连，筋板(26)底面与储液管底板(24)相连，圆柱磁铁(30)置于被圆筒(28)、磁铁顶板(27)和磁铁底板(29)包围的空腔中，磁铁底板(29)与滑轨(33)通过强力胶粘接，L型支架(31)底部通过紧固螺钉(32)与底座(2)相连，滑轨(33)沿L型支架(31)上下滑动，通过圆柱磁铁(30)的磁力将滑轨(33)与L型支架(31)连接在一起，磁铁底板(29)、圆柱磁铁(30)、圆筒(28)、磁铁顶板(27)、筋板(26)和储液管(22)随滑轨(33)上下运动；

所述立柱(1)为下端带外螺纹的碳钢或不锈钢圆棒，脚垫(3)由橡胶或硅胶材料制成，重锤(21)为聚四氟乙烯材料做成的圆柱体；

所述推拉杆(17)长度、重锤(21)直径与高度满足皂管(11)液位上升至超过皂管(11)进气口(12)上沿。

2.根据权利要求1所述的自动产泡的电子皂膜流量计，其特征在于：所述推拉杆(17)为碳钢或磁性不锈钢材料制成的钢性直杆。

3.根据权利要求1所述的自动产泡的电子皂膜流量计，其特征在于：所述L型支架(31)为磁性材料制成，呈“L”型。

4.根据权利要求1所述的自动产泡的电子皂膜流量计，其特征在于：所述弹簧(18)位于电磁线圈(19)上方，电磁线圈(19)加电后，弹簧(18)压缩长度保证皂管(11)内液位上升高度至皂管(11)进气口(12)上沿。

说明书

技术领域

本发明涉及流量测定技术领域，特别是指一种自动产泡的电子皂膜流量计。

背景技术

皂膜流量计是利用皂膜与皂膜之间的体积对气体流量进行计量的容积式流量计，需要准确测量前后两个皂膜的起始时间与终止时间，通常采用直接读取刻度与手动计时实现。电子皂膜流量计是在直读式玻璃管皂膜流量计上安装了成对光电传感器而形成的一种能够测量微小气体流量的装置，克服了由于人眼直接读数、手掐秒表计时带来误差的缺陷，提高了测量精度，同时，简化了操作步骤，提高了测量效率。所测流量范围为12～60L/min。广泛应用于教学科研、环境监测、理化分析等领域。

皂膜流量计的误差主要来自于测量与过程控制，电子皂膜流量计虽然实现了皂膜的自动监测，但在产泡的自动控制方面仍然没有任何改进。例如：电子皂膜流量计仍需要人为挤压下部的胶囊产泡，皂泡从胶囊内挤出时会出现大量堆积现象，形成“团簇”状，而不是一层薄膜；皂管在使用前需取下润湿，润湿完毕再重新装配，或者将胶囊取下进行在位润湿，造成大量皂液滴漏，人工操作繁琐；测量时橡胶囊容易滑离三叉管而漏液，被迫中断产泡；在产泡过程中，由于操作者习惯差异，皂膜产生的频率不同，导致皂管内部润湿程度变化较大，皂膜上升过程受到的阻力变化明显，影响流量测量值的准确性。这些控制过程导致的误差无法通过光电传感器的测量解决。同时，作为一种科研与工程检测工具，在数据采集、记录与分析、信息共享等方面也需要实现自动控制。因此，解决上述问题的关键是如何实现持续稳定产生皂膜，替代操作者挤压橡胶囊的动作。本发明装置涉及一种自动产泡的电子皂膜流量计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自动产泡的电子皂膜流量计，该装置具备电驱动机构，能够接收电信号进行产泡过程的条件控制，利用机械结构完成皂管内液位的升降，从而实现弱电控制信号、执行机构、液位高低的连续操作过程，完成装置的自动化控制，弥补了现有光电传感器只能进行测量而不能实现控制的不足，为实验研究和工程应用提供技术保障。

该流量计采用电磁机构控制推拉杆的伸缩，通过调整推拉杆末端重锤与储液管液面间的距离，基于阿基米德定律，合理调整皂管与储液管间管路通道的流动阻力，控制储液管内液位高度，实现皂管内液位的缓慢升降，保证皂管内液位在下降过程中的速度与成膜速度相匹配，从而形成均匀的皂膜。

该装置包括皂管、皂管支持系统、光电传感系统、液位升降系统和液位调节系统；

其中，皂管上端开有出气口，皂管下部侧面开有进气口；皂管支持系统包括立柱、底座、脚垫、上支架、下支架和托架，光电传感系统包括光电传感器发射端一、光电传感器接收端一、光电传感器发射端二和光电传感器接收端二，立柱与底座相连，底座下部均匀分布四个脚垫，脚垫通过强力胶粘接在底座底部，上支架、下支架与托架分别采用带有竖缝的穿孔与立柱相连，上支架、下支架和托架能够上下滑动，上支架上装有光电传感器发射端一和光电传感器接收端一，下支架上装有光电传感器发射端二和光电传感器接收端二，光电传感器发射端一、光电传感器接收端一、光电传感器发射端二和光电传感器接收端二通过强力胶粘接在上支架和下支架上，托架中间开有圆孔，皂管底部细管插入圆孔，皂管上部粗大部分无法通过圆孔；

液位升降系统包括连通软管、顶部插销、推拉杆、弹簧、电磁线圈、底部插销、重锤、储液管、储液管排液口和储液管底板，连通软管两端分别连接皂管排液口与储液管排液口，推拉杆与重锤采用螺纹连接，推拉杆上部和下部均开有凹槽，用于插入顶部插销和底部插销，弹簧置于电磁线圈上端，弹簧上端和电磁线圈下端分别通过顶部插销与底部插销限制，不加电时，重锤自身重力压缩弹簧收缩；加电时，推拉杆通过顶部插销压缩弹簧，推拉杆与重锤一起下移，重锤浸入储液管内皂液中，储液管底板上开有储液管底板开孔，储液管排液口穿过储液管底板开孔，储液管排液口外径与储液管底板开孔内径采用强力胶粘接，储液管底板与上部的储液管通过强力胶粘接；

液位调节系统包括筋板、磁铁顶板、圆筒、磁铁底板、圆柱磁铁、L型支架、紧固螺钉和滑轨，筋板一侧为曲面，与储液管外径相连，筋板另一侧为平面，与磁铁顶板相连，筋板底面与储液管底板相连，圆柱磁铁置于被圆筒、磁铁顶板和磁铁底板包围的空腔中，磁铁底板与滑轨通过强力胶粘接，L型支架底部通过紧固螺钉与底座相连，滑轨沿L型支架上下滑动，通过圆柱磁铁的磁力将滑轨与L型支架连接在一起，磁铁底板、圆柱磁铁、圆筒、磁铁顶板、筋板和储液管随滑轨上下运动。

其中，立柱为下端带外螺纹的碳钢或不锈钢圆棒，脚垫由橡胶或硅胶材料制成，重锤为聚四氟乙烯材料做成的圆柱体。

推拉杆为碳钢或磁性不锈钢材料制成的钢性直杆。

L型支架为磁性材料制成，呈“L”型。

推拉杆长度、重锤直径与高度满足皂管液位上升至超过皂管进气口上沿。

弹簧位于电磁线圈上方，电磁线圈加电后，弹簧压缩长度保证皂管内液位上升高度至皂管进气口上沿。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提出的利用直流电激励产生磁力，与弹簧自身弹力相结合，通过推拉磁性推拉杆上升与下降，从而带动重锤浸入或浮出液体，根据阿基米德定律抬升和沉降液位，造成皂管内液位周期性的涨落，由于连通导管的阻尼作用，液位上升与下降有一定延迟，使液体润湿皂管进气口速度较缓，从而使被测气源与皂液有充分的时间接触，形成薄的皂泡，液位继续下降，完成由泡到膜的变化过程，利用上位机或单片机即可实现各种功能的自动控制。

附图说明

图1为本发明的自动产泡的电子皂膜流量计结构示意图；

图2为本发明的自动产泡的电子皂膜流量计部分部件拆卸结构示意图；

图3为本发明自动产泡的电子皂膜流量计工作原理示意图一；

图4为本发明自动产泡的电子皂膜流量计工作原理示意图二；

图5为本发明自动产泡的电子皂膜流量计工作原理示意图三。

其中，1-立柱；2-底座；3-脚垫；4-光电传感器发射端一；5-光电传感器接收端一；6-上支架；7.-光电传感器发射端二；8-光电传感器接收端二；9-下支架；10-出气口；11-皂管；12-进气口；13-托架；14-皂管排液口；15-连通软管；16-顶部插销；17-推拉杆；18-弹簧；19-电磁线圈；20-底部插销；21-重锤；22-储液管；23-储液管排液口；24-储液管底板；25-储液管底板开孔；26-筋板；27-磁铁顶板；28-圆筒；29-磁铁底板；30-圆柱磁铁；31-L型支架；32-紧固螺钉；33-滑轨。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种自动产泡的电子皂膜流量计。

如图1和图2所示，该装置中，皂管11上端开有出气口10，皂管11下部侧面开有进气口12；皂管支持系统中立柱1采用下端带外螺纹的碳钢或不锈钢圆棒，可以通过螺纹与下部带内螺纹的底座2相连，方便拆装。底座2下部均匀分布四个脚垫3，为橡胶或硅胶材料，起减震作用，通过强力胶粘接在底座2底部。上支架6、下支架9与托架13分别采用带有竖缝的穿孔与立柱1相连，可以上下滑动，调整位置，通过螺钉缩小竖缝距离，依靠摩擦力抱紧立柱，起到定位作用。上支架6与下支架9上分别装有光电传感器发射端一4、光电传感器接收端一5、光电传感器发射端二7和光电传感器接收端二8，托架13中间开有圆孔，可容纳皂管11底部细管插入，皂管上部粗大部分无法通过，因此，可以托举皂管11，实现对整个皂管11重量的支承。

光电传感系统中光电传感器用于感受皂膜的有无，由发射端与接收端组成，发射端发射红外光，光路被障碍物挡住时，接收端无信号；障碍物移除时，接收端有信号，从而形成高低电平的差别，由电路实现监测。光电传感器包括上、下两对，光电传感器发射端二7和光电传感器接收端二8探测皂膜的开始，光电传感器发射端一4和光电传感器接收端一5探测皂膜的终止，两者的时间差即是皂膜的行进时间，由皂管上、下光电传感器的位置即可得到皂膜通过的有效体积，从而得到气体在这段时间内的平均流量。光电传感器发射端一4、光电传感器接收端一5、光电传感器发射端二7和光电传感器接收端二8通过强力胶分别粘接在上支架6和下支架9上，起到固定作用，从而保证在调节上支架6与下支架9位置时红外光从发射端到接收端的光路可以保持不变。

液位升降系统中连通软管15连接皂管排液口14与储液管排液口23，由于皂管11与储液管22分别与大气相通，因此，通过连通软管15可以保证皂管11与储液管22内的液位保持在同一水平高度。推拉杆17为一根细长钢性直杆，采用碳钢或磁性不锈钢材料。重锤21采用聚四氟乙烯材料做成圆柱体。推拉杆17与重锤21采用螺纹连接。推拉杆17上部和下部均开有凹槽，用于插入顶部插销16和底部插销20，顶部插销16与底部插销20起到限位的作用，将电磁线圈19与弹簧18限制在固定长度内。弹簧18置于电磁线圈19上端，不加电时，重锤21自身重力压缩弹簧18收缩；加电时，推拉杆17通过顶部插销16压缩弹簧18，推拉杆17与重锤21一起下移，重锤21浸入皂液中，由于阿基米德定律可知，储液管22内液位上升，通过连通软管15使皂管11内的液体同时上升。电磁线圈19由漆包线绕制而成，通过直流电时，电磁线圈19产生磁性，拉动推拉杆17下移；断电时，磁性消失，推拉杆17由于弹簧18的作用上移，恢复初始状态。储液管22为一粗圆筒，储液管排液口23为一细圆管，储液管底板开孔25为储液管底板24上的孔洞，开孔尺寸稍大于储液管排液口23的外径，三者均可采用透明亚克力材料。储液管排液口23穿过储液管底板开孔25，其外径与储液管底板开孔25内径采用强力胶粘接，两者形成一整体后再与上部的储液管22通过强力胶粘接，形成一密封不透液体的储液池，用于容纳皂液。

液位调节系统中筋板26一侧为曲面，与储液管22外径相连，另一侧为平面，与磁铁顶板27相连，底面与储液管底板24相连，均采用强力胶粘接。圆柱磁铁30置于被圆筒28、磁铁顶板27和磁铁底板29包围的空腔中，首先将圆筒28与磁铁顶板27用强力胶粘接牢固，把圆柱磁铁30放于空腔中，再将磁铁底板29与圆筒28用强力胶粘接，形成密封体，磁铁底板29与滑轨33通过强力胶粘接。L型支架31采用碳钢材料，呈一“L”型，底部通过紧固螺钉32与底座2相连。滑轨33可以沿L型支架31上下滑动，通过圆柱磁铁30的磁力将滑轨33与L型支架31连接在一起，磁铁底板29、圆柱磁铁30、圆筒28、磁铁顶板27、筋板26和储液管22等可随滑轨33一起上下运动，从而达到调整液位的作用。

该自动产泡的电子皂膜流量计的操作过程如下：首先，从皂管11上部加入皂液，沿管壁环形滴入，保证皂管内壁均匀润湿。上下移动液位调节系统，使重锤位于液位上方，并且皂管内液位低于进气口下边沿，此时，停止加液，如图3所示。液位调节系统由于磁力的作用悬在空中。将被测气源与皂管进气口通过软管相连，用皂液涂抹在接口周围，没有气泡产生说明气密性好。通过上位机程序控制电磁线圈加电，或者手动开关给电磁线圈加电，电磁线圈加电后，产生磁场，吸引推拉杆向下移动，带动重锤向下浸入皂液中，液位上升，当皂管内的液位上升到皂管进气口上边沿时，进气口的气体被阻挡在外面，无法进入，形成液封，如图4所示。给电磁线圈断电，重锤与推拉杆一起上升，储液管内液位下降，皂管内的液位随之降低，在这个过程中，外部堵塞的气体随着液位下降形成的压力减小，在气体压力作用下不断向内伸展，气液交互界面逐渐增大，形成一薄层皂膜，在气体的推动下，向上移动，如图5所示。皂膜通过下光电传感器时，由于皂膜的遮光作用，挡住了光电传感器发射端发出的红外光，使接收端无法接收，产生低电平信号；皂膜继续向上移动，离开时，红外光又可以被接收端接收，形成高电平信号。外部电路通过识别高、低电平的切换达到记录皂膜开始出发时间。同理，上部的光电传感器也经历相同的过程，不同之处在于上部光电传感器记录的是皂膜终止时间。两者之差即是皂膜通过这段体积所需要的时间，从而计算得到气体的平均流量。皂膜通过上部光电传感器后，经过一段时间延时，电磁线圈继续加电，进行下一次产泡过程，从而达到自动产泡，周而复始，形成一种自动产泡的电子皂膜流量计。

在具体实施过程中，用该流量计测定轴流风扇的气体流量。选用内径15.5mm，外径18.0mm，总长443mm，标称为50mL的皂管11。皂管进气口12与轴流风扇出口通过变径与软管连接。用500mL烧杯称取40g洗洁精发泡剂，按洗洁精:去离子水的质量比为1:10配制成皂液，用玻璃棒搅拌均匀。从皂管11上部沿玻璃棒引流至皂管内壁，玻璃棒沿皂管内壁顺时针转动，达到皂液均匀润湿皂管内壁的目的。将液位调节系统放至最低位置，使皂管11内液位低于皂管进气口12的下边沿，不断提升液位调节系统，当重锤21底端露出皂液面为止，然后进行微调，使重锤21略高于储液管22内液面。电磁线圈19供电电压为6V，额定电流为3A，给电磁线圈通电，推拉杆17向下移动，压缩上部弹簧18，推动重锤21向下浸入皂液中，储液管22内液位上升，皂管11内液位也随之上升，当液位上升至皂管进气口12上沿时，进气气流被堵塞，在气体与液体间形成气液接触界面。切断电磁线圈19供电，重锤21在弹簧18弹力的作用下提升，从皂液中提起，储液管22内液位下降，皂管11内液位也开始下降，随着皂管11内液位的不断降落，气体不断挤压进皂管11。由于皂液的表面张力的作用，气体在皂管进气口12与皂管11横截面交汇处吹出皂泡，液位降低越多，皂泡生长越大，当液位低于皂管进气口12的下边沿时，皂泡变成皂膜，形成于皂管进气口上边沿以上部分，随着气流的推动，皂膜不断上升，经过下部光电传感器时，遮住红外光，形成低电平信号，记录下皂膜起始时间，为19:59:10.00。皂膜继续上升，到达上部光电传感器时，同样形成低电平信号，记录下皂膜终止时间，为19:59:12.86。根据上、下光电传感器间的体积50mL，计算出气体的流量为：(50mL÷2.86s)×60s/min＝1048.95mL/min。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

一种自动产泡的电子皂膜流量计专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。