一種皂膜流量計的改進與創新思路探究

單保超+++馬啟睿+++劉雪

摘 要：目前，皂膜流量計的應用十分廣泛，在工業生產、理化分析和科學實驗等各種各樣場合的流量測量中均可使用。傳統的皂膜流量計的整體設計缺少人性化理念，使用不夠方便，效率較低。文章著重介紹一種皂膜流量計的改進與創新思路，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，使皂膜流量計的使用更加方便，測量結果更加準確，實驗環境更加清潔。

關鍵詞：皂膜流量計；啟膜裝置；潤洗裝置；人性化

引言

皂膜流量計是我國規定的標準流量計之一，具有結構簡單、測量結果準確等優點，被廣泛應用于科研、教育、工程測試等領域，完成流量檢測與流量校準等工作。目前，測量流量的裝置有很多，例如：轉子流量計、渦輪流量計、孔板流量計等，不同的實驗裝置有不同的應用領域以及各自的優缺點。皂膜流量計憑借其測量結果準確可靠、價格便宜的優勢，廣受使用者歡迎。但是，隨著時代的進步，傳統的皂膜流量計也暴露出了很多缺點，如手掐秒表計時、擠壓皂液啟膜、實驗數據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驗效率；實驗過程中，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臺。故需要對傳統的皂膜流量計做出一定的改進與創新，以提高其使用性能，以繼續滿足廣大使用者的使用需求。

1 原理簡介

傳統的皂膜流量計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。當有氣流通過時，擠壓橡膠囊，便可產生皂膜，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，可以依據此原理，計算出一定時間段內皂膜經過的體積，計算出流量的大小。

2 存在問題

目前，隨著電子產業的快速發展，電子皂膜流量計大量興起，有慢慢取代傳統皂膜流量計的趨勢。但是，傳統皂膜流量計價格便宜，結構簡單，測量結果較其它測量方法有一定的優勢，因此依然占據大量市場。同時，傳統的皂膜流量計作為最原始的皂膜流量計，十分有助于學生理解其測量原理，提高自己的實驗技能和實驗素養，因此特別適合作為各大院校相關專業的實驗器材，開展相關的教學實驗工作。

但是，傳統的皂膜流量計本身存在很多設計上的缺陷，需要我們去改進和創新，以滿足實驗者的需求。從使用流程來看，傳統的皂膜流量計主要存在一下幾個問題。

第一，在純手工操作的情況下，實驗者在實驗過程中，需要不斷的在手掐秒表計時、擠壓皂液啟膜、實驗數據記錄等相關工作中切換。這樣，各項工作之間的反復切換，不僅使得操作流程繁瑣復雜，讓實驗者手忙腳亂，忙于應付，也會在無形之中會耽誤很多時間，降低實驗效率。同時，如此反復進行工作之間的切換，難免會讓實驗者產生厭倦心理，影響實驗者地的舒適度。

第二，皂膜管由于長期開口，內部難免會落入各種雜質，因此，在每次實驗前都需要對管壁進行潤濕以提高皂膜的穩定性。傳統的皂膜流量計是通過不斷擠出小皂膜使其上升來達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驗臺上，影響實驗環境的清潔。再者，儲存皂膜的橡膠囊經常會滑離三叉管，使得其內部的肥皂液灑到實驗臺，對實驗環境造成極大的污染，同時也是對肥皂液的浪費。

3 方案設計及使用方法

針對傳統皂膜流量計中存在的各種問題，特提出以下改良方案，為皂膜流量計的改進和創新提供一種參考思路。該設計的整體結構思路如圖1所示：

3.1 實施方式

圖1中，將潤洗噴頭和皂膜流量計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，進行重點清洗。

3.2 操作過程

潤洗過程：打開A處和B處開關，使肥皂液充滿橡膠皮囊（7）；之后，關閉A處開關，打開B處開關，踏下踏板（6），將原本儲存在橡膠皮囊（7）內的肥皂液通過橡膠管擠入潤洗噴頭（4），實現潤洗。對于細管徑皂膜管，輕踏踏板（6），使液體出流平緩，射程近，沖力小；對于粗管徑皂膜管，可加大踩踏踏板（6）的力度，使液體快速出流，射程遠，沖力大，從而完成不同工況及不同管徑管壁的清洗工作。可重復進行。

測量過程：將潤洗噴頭（4）從皂膜管（2）內旋出，將直徑略大于皂膜管（2）管徑的環形海綿塞入皂膜管。打開A處和B處開關，使肥皂液充滿橡膠皮囊（7），然后關閉B處開關。接通氣體，使氣體由進氣口（1）進入，踏下踏板（6）以擠壓橡膠皮囊（7），使肥皂液進入儲液池（8）。儲液池（8）內液面升高，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，我們在實驗過程中便可避免雙手在手掐秒表計時、擠壓皂液啟膜、實驗數據記錄之間切換，從而提高實驗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工作（手掐秒表和數據記錄），快速完成實驗的測量，而使用此改良裝置正能達到此種目的。

通過將玻璃管插入到盛有肥皂液的容器內快速取出，模擬新型啟膜裝置的啟膜過程，我們發現，新型啟膜方法中，將會啟出一個整體的大皂膜，而傳統的皂膜流量計啟膜中，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確性上要優于傳統的皂膜流量計。endprint

第二，潤洗裝置的應用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實驗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，從而達到快速、強力清洗皂膜管內壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實現四周出水，以達到全面潤洗皂膜管內壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉，實現管內壁的全面均勻的清洗。有關這方面的技術已經非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據皂膜管內壁的含雜質情況以及內徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使潤洗噴頭處的射流速度有所不同，適應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，實現上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使潤洗噴頭接近管壁的某一位置，實現特殊部位的強力清洗。

第三，吸液裝置的應用。所謂的潤洗裝置其實就是一塊外徑略大于皂膜管內徑的環形海綿，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驗臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實驗中，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用對實驗結果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實驗結果如表1。

表1

從實驗結果中我們可以發現，海綿吸附器的應用對于皂膜的穩定性影響不大，卻能夠顯著提高實驗環境的清潔度，為實驗者營造一個良好的操作環境。

5 結束語

文章介紹了傳統皂膜流量計的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統的皂膜流量計基礎之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實驗效率和測試結果的準確性，同時整體設計更加人性化，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使用，準確簡便的進行流量的測定，而且可以配合紅外感應器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計，滿足不同使用群體的需求，整體設計結構簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻

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

3.29.

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

[3]中國皂膜流量計項目產品市場供需現狀調查報告北京中經縱橫經濟研究院，2009.

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

第二，潤洗裝置的應用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實驗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，從而達到快速、強力清洗皂膜管內壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實現四周出水，以達到全面潤洗皂膜管內壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉，實現管內壁的全面均勻的清洗。有關這方面的技術已經非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據皂膜管內壁的含雜質情況以及內徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使潤洗噴頭處的射流速度有所不同，適應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，實現上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使潤洗噴頭接近管壁的某一位置，實現特殊部位的強力清洗。

第三，吸液裝置的應用。所謂的潤洗裝置其實就是一塊外徑略大于皂膜管內徑的環形海綿，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驗臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實驗中，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用對實驗結果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實驗結果如表1。

表1

從實驗結果中我們可以發現，海綿吸附器的應用對于皂膜的穩定性影響不大，卻能夠顯著提高實驗環境的清潔度，為實驗者營造一個良好的操作環境。

5 結束語

文章介紹了傳統皂膜流量計的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統的皂膜流量計基礎之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實驗效率和測試結果的準確性，同時整體設計更加人性化，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使用，準確簡便的進行流量的測定，而且可以配合紅外感應器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計，滿足不同使用群體的需求，整體設計結構簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻

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

3.29.

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

[3]中國皂膜流量計項目產品市場供需現狀調查報告北京中經縱橫經濟研究院，2009.

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

第二，潤洗裝置的應用。如圖1所示，在皂膜管管口處加一潤洗噴頭，在實驗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，從而達到快速、強力清洗皂膜管內壁的目的。潤洗噴頭可由上下兩端蓋相蓋而成，其間由螺栓連接，實現四周出水，以達到全面潤洗皂膜管內壁的目的。另外，潤洗噴頭可以采用小型的旋轉噴頭，在液力的作用下邊出水邊旋轉，實現管內壁的全面均勻的清洗。有關這方面的技術已經非常成熟，原理也比較簡單，故在此不再贅述。潤洗過程中，可以根據皂膜管內壁的含雜質情況以及內徑的大小，合理的控制腳踏彈簧踏板的力度，從而使潤洗噴頭處的射流速度有所不同，適應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，實現上部與下部的全方位潤洗，特殊工況下，也可以使潤洗噴頭接近管壁的某一位置，實現特殊部位的強力清洗。

第三，吸液裝置的應用。所謂的潤洗裝置其實就是一塊外徑略大于皂膜管內徑的環形海綿，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驗臺，又能防止破碎液滴落到皂膜管下部，影響下一個皂膜的穩定性。在一次25mm巖心的滲透率測試實驗中，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用對實驗結果的影響。在其它條件完全相同的情況下得出兩組實驗結果如表1。

表1

從實驗結果中我們可以發現，海綿吸附器的應用對于皂膜的穩定性影響不大，卻能夠顯著提高實驗環境的清潔度，為實驗者營造一個良好的操作環境。

5 結束語

文章介紹了傳統皂膜流量計的一種改良方案，提供了一種新型的啟膜方式，并首次提出在傳統的皂膜流量計基礎之上加入潤洗裝置和吸液裝置，從而可以極大的提高實驗效率和測試結果的準確性，同時整體設計更加人性化，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使用，準確簡便的進行流量的測定，而且可以配合紅外感應器，溫度、壓力傳感器使用，制成智能電子皂膜流量計，滿足不同使用群體的需求，整體設計結構簡單，思路明確，成本較低。

參考文獻

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

3.29.

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

[3]中國皂膜流量計項目產品市場供需現狀調查報告北京中經縱橫經濟研究院，2009.

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