一种负压式掺气浓度仪及其操作方法与流程

本发明涉及实验室水工模型中用一种检测仪器领域，更具体地说，涉及一种负压式掺气浓度仪及其操作方法。

背景技术：

水流掺气是一种较为常见的水力现象，广泛存在于水利工程中。对于水流中掺气量的测试一直是一个难题，目前实验室中常用的有电阻式掺气浓度仪及针式掺气浓度仪。其中电阻式掺气浓度仪根据贴片传感器在水和气中电阻值不同的原理测量水中掺气浓度，只能贴在边壁上使用，无法测量流体内部的掺气浓度，且贴片传感器属于一次性消耗品，使用成本较高；针式掺气浓度仪通过计算单位时间内针尖触碰到的气泡数量计算掺气浓度值，但由于探头体型的限制，只能在小范围内应用，且无法应用于不规则的稳流流态中。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的贴片传感器属于一次性消耗品，使用成本较高，针式掺气浓度仪只能在小范围内应用，且无法应用于不规则的稳流流态中问题，本发明的目的在于提供一种负压式掺气浓度仪及其操作方法，它可以实现成本低，且能应用于不规则的温流流态中使用，应用范围广。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种负压式掺气浓度仪，包括水平操作台，所述水平操作台上水平放置有小量筒和大量筒，所述小量筒上端连接有第一进水管，所述第一进水管上连接有进水阀门，所述第一进水管远离小量筒的一端连接有细吸软管，所述小量筒上端盖有密封盖，所述密封盖上连接有数字显示高精度压力表和排气管，所述排气管上连接有排气阀门，所述小量筒底部连接有第一出水管，所述第一出水管上连接有电控微调节排水阀门，所述电控微调节排水阀门与数字显示高精度压力表电性相连，所述大量筒底部连接有第二进水管，所述第一出水管通过连通软管与第二进水管相连，通过将小量筒和大量筒放置在水平地面上，向小量筒和大量筒注水，使得小量筒的水位高于大量筒的水位，通过密封盖密封小量筒，利用重力作用，小量筒中的水流入大量筒，从而小量筒中形成负压，从而利用小量筒上的细吸软管从被测的水中抽入带有空气中的水，电控微调节排水阀门能够根据数字显示高精度压力表的信号进行微调节，当压力持续增大时增加阀门开度，当压力表压力持续降低时减小阀门开度，确保小量筒内压力稳定变化，便于稳定抽取测量的水流，从而确保测量精度，通过记录小量筒和大量筒及数字显示高精度压力表抽取前后的各种数据，从而计算出掺气浓度。

优选地，所述大量筒底部连接有第二出水管，且第二出水管上连接有排水阀门。

优选地，所述细吸软管的直径为0.4-0.8厘米，所述连通软管的直径为3-6厘米。

优选地，所述密封盖下侧固定连接有螺纹连接套，所述小量筒内壁固定连接有与螺纹连接套对应的螺纹连接环，所述密封盖底侧固定连接有第一弹性橡胶套，且第一弹性橡胶套内壁通过弹簧与螺纹连接套外壁相连，所述小量筒内壁固定连接有第二弹性橡胶套，所述第一弹性橡胶套上固定连接有多个第一填料块，所述第二弹性橡胶套上固定连接有与第一填料块贴合的第二填料块，多个所述第一填料块和多个第二填料块之间设有多个节流通道。

优选地，其操作方法为，按以下步骤进行操作：

第一步：测量小量筒和大量筒的截面积分别为s1和s2，将小量筒和大量筒放置在水平操作台上，将细吸软管的吸液端头放在流体内需要测定的测点位置；

第二步：关闭进水阀门和电控微调节排水阀门，打开小量筒上的密封盖并向小量筒内注水，当小量筒内的水量到达第一进水管处时停止注水，然后向大量筒内注水，大量筒内的水位超过第二进水管处时停止注水，同时保证小量筒内的水位远高于大量筒的水位；

第三步：打开电控微调节排水阀门，在重力的作用下小量筒内水通过连通软管向大量筒内注水，去除连通软管内的气体，去除气体后立刻关闭电控微调节排水阀门；

第四步：盖上密封盖并关闭排气管上的排气阀门，记录小量筒内的水位高度h1、大量筒内的水位高度h2，小量筒内的气体高度为h-h1，其中h为小量筒的总高度；

第五步：打开进水阀门和电控微调节排水阀门，小量筒内的水位下降，大量筒内的水位上升，从而小量筒内的气压降低，低于外界大气压，从而细吸软管产生吸力，将测量点的水及水中的气泡一同吸入小量筒中，当大量筒内的水分上升到接近小量筒的水位时，小量筒向大量筒内注水十分缓慢时，关闭所有阀门，记录小量筒水位高度h3和大量筒内的水位高度h4,并记录此时数字显示高精度压力表的压力p；

第六步：计算数据、

初始状态，水体积v1=s1*h1+s2*h2,气体积v2=s1*（h-h1）；

最终状态，水体积v3=s1*h3+s2*h4，气体积v4=s1*（h-h3）*p/p大，p大为标准大气压；

则掺气浓度β=（v4-v2）/（v3-v1）。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

通过将小量筒和大量筒放置在水平地面上，向小量筒和大量筒注水，使得小量筒的水位高于大量筒的水位，通过密封盖密封小量筒，利用重力作用，小量筒中的水流入大量筒，从而小量筒中形成负压，从而利用小量筒上的细吸软管从被测的水中抽入带有空气中的水，电控微调节排水阀门能够根据数字显示高精度压力表的信号进行微调节，当压力持续增大时增加阀门开度，当压力表压力持续降低时减小阀门开度，确保小量筒内压力稳定变化，便于稳定抽取测量的水流，从而确保测量精度，通过记录小量筒和大量筒及数字显示高精度压力表抽取前后的各种数据，从而计算出掺气浓度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的小量筒与密封盖的密封连接结构示意图；

图3为图2中a处的结构示意图。

图中标号说明：

1水平操作台、2小量筒、3第一出水管、4电控微调节排水阀门、5连通软管、6第二进水管、7大量筒、8第二出水管、9排水阀门、10密封盖、11排气阀门、12排气管、13数字显示高精度压力表、14进水阀门、15第一进水管、16细吸软管、17螺纹连接套、18弹簧、19第一弹性橡胶套、20螺纹连接环、21节流通道、22第二填料块、23第一填料块、24第二弹性橡胶套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-3，一种负压式掺气浓度仪，包括水平操作台1，水平操作台1上水平放置有小量筒2和大量筒7，小量筒2上端连接有第一进水管15，第一进水管15上连接有进水阀门14，第一进水管15远离小量筒2的一端连接有细吸软管16，小量筒2上端盖有密封盖10，密封盖10上连接有数字显示高精度压力表13和排气管12，排气管12上连接有排气阀门11，小量筒2底部连接有第一出水管3，第一出水管3上连接有电控微调节排水阀门4，电控微调节排水阀门4与数字显示高精度压力表13电性相连，大量筒7底部连接有第二进水管6，第一出水管3通过连通软管5与第二进水管6相连，通过将小量筒2和大量筒7放置在水平地面上，向小量筒2和大量筒7注水，使得小量筒2的水位高于大量筒7的水位，通过密封盖10密封小量筒2，利用重力作用，小量筒2中的水流入大量筒7，从而小量筒2中形成负压，从而利用小量筒2上的细吸软管16从被测的水中抽入带有空气中的水，电控微调节排水阀门4能够根据数字显示高精度压力表13的信号进行微调节，当压力持续增大时增加阀门开度，当压力表压力持续降低时减小阀门开度，确保小量筒2内压力稳定变化，便于稳定抽取测量的水流，从而确保测量精度，通过记录小量筒2和大量筒7及数字显示高精度压力表13抽取前后的各种数据，从而计算出掺气浓度。

大量筒7底部连接有第二出水管8，且第二出水管8上连接有排水阀门9，便于排出大量筒7中的水。

细吸软管16的直径为0.4-0.8厘米，连通软管5的直径为3-6厘米，防止细吸软管16过粗会对测试水流产生影响，确保连通软管5水流通畅。

密封盖10下侧固定连接有螺纹连接套17，小量筒2内壁固定连接有与螺纹连接套17对应的螺纹连接环20，密封盖10底侧固定连接有第一弹性橡胶套19，且第一弹性橡胶套19内壁通过弹簧18与螺纹连接套17外壁相连，小量筒2内壁固定连接有第二弹性橡胶套24，第一弹性橡胶套19上固定连接有多个第一填料块23，第二弹性橡胶套24上固定连接有与第一填料块23贴合的第二填料块22，多个第一填料块23和多个第二填料块22之间设有多个节流通道21，利用螺纹连接套17和螺纹连接环20使得密封盖10稳定密封的连接在小量筒2上，同时第一弹性橡胶套19和第二弹性橡胶套24上的第一填料块23和第二填料块22相抵密封，密封效果好，多层第一填料块23和第二填料块22密封效果好，同时第一填料块23和第二填料块22部分未接触，这就形成了无数个不规则的多个节流通道21，当有一定压力的气体介质通过时，将被多次引起节流降压作用，使气流流体流动受阻而达到密封。

一种负压式掺气浓度仪的操作方法，按以下步骤进行操作：

第一步：测量小量筒2和大量筒7的截面积分别为s1和s2，将小量筒2和大量筒7放置在水平操作台1上，将细吸软管16的吸液端头放在流体内需要测定的测点位置，小量筒2和大量筒7同一水平位置确保测量准确；

第二步：关闭进水阀门14和电控微调节排水阀门4，打开小量筒2上的密封盖10并向小量筒2内注水，当小量筒2内的水量到达第一进水管15处时停止注水，然后向大量筒7内注水，大量筒7内的水位超过第二进水管6处时停止注水，同时保证小量筒2内的水位远高于大量筒7的水位，确保小量筒2中的水在重力的作用下能够流入大量筒7；

第三步：打开电控微调节排水阀门4，在重力的作用下小量筒2内水通过连通软管5向大量筒7内注水，去除连通软管5内的气体，去除气体后立刻关闭电控微调节排水阀门4，排出连通软管5中的气体，提高测量精度；

第四步：盖上密封盖10并关闭排气管12上的排气阀门11，记录小量筒2内的水位高度h1、大量筒7内的水位高度h2，小量筒2内的气体高度为h-h1，其中h为小量筒的总高度；

第五步：打开进水阀门14和电控微调节排水阀门4，小量筒2内的水位下降，大量筒7内的水位上升，从而小量筒2内的气压降低，低于外界大气压，从而细吸软管16产生吸力，将测量点的水及水中的气泡一同吸入小量筒2中，当大量筒7内的水分上升到接近小量筒2的水位时，小量筒2向大量筒7内注水十分缓慢时，关闭所有阀门，记录小量筒2水位高度h3和大量筒7内的水位高度h4,并记录此时数字显示高精度压力表13的压力p；

第六步：计算数据、

初始状态，水体积v1=s1*h1+s2*h2,气体积v2=s1*（h-h1）；

最终状态，水体积v3=s1*h3+s2*h4，根据理想气体状态方程，可将气体体积转换成同等量大气压力下气体体积，气体积v4=s1*（h-h3）*p/p大，p大为标准大气压；

则掺气浓度β=（v4-v2）/（v3-v1）。

工作原理：测量小量筒2和大量筒7的截面积分别为s1和s2，将小量筒2和大量筒7放置在水平操作台1上，将细吸软管16的吸液端头放在流体内需要测定的测点位置，小量筒2和大量筒7同一水平位置确保测量准确，关闭进水阀门14和电控微调节排水阀门4，打开小量筒2上的密封盖10并向小量筒2内注水，当小量筒2内的水量到达第一进水管15处时停止注水，然后向大量筒7内注水，大量筒7内的水位超过第二进水管6处时停止注水，同时保证小量筒2内的水位远高于大量筒7的水位，确保小量筒2中的水在重力的作用下能够流入大量筒7，打开电控微调节排水阀门4，在重力的作用下小量筒2内水通过连通软管5向大量筒7内注水，去除连通软管5内的气体，去除气体后立刻关闭电控微调节排水阀门4，排出连通软管5中的气体，提高测量精度，盖上密封盖10并关闭排气管12上的排气阀门11，记录小量筒2内的水位高度h1、大量筒7内的水位高度h2，小量筒2内的气体高度为h-h1，其中h为小量筒的总高度，打开进水阀门14和电控微调节排水阀门4，小量筒2内的水位下降，大量筒7内的水位上升，从而小量筒2内的气压降低，低于外界大气压，从而细吸软管16产生吸力，将测量点的水及水中的气泡一同吸入小量筒2中，当大量筒7内的水分上升到接近小量筒2的水位时，小量筒2向大量筒7内注水十分缓慢时，关闭所有阀门，记录小量筒2水位高度h3和大量筒7内的水位高度h4,并记录此时数字显示高精度压力表13的压力p，则掺气浓度β=（v4-v2）/（v3-v1），v1=s1*h1+s2*h2,v2=s1*（h-h1），v3=s1*h3+s2*h4，v4=s1*（h-h3）*p/p大，p大为标准大气压；通过将小量筒2和大量筒7放置在水平地面上，向小量筒2和大量筒7注水，使得小量筒2的水位高于大量筒7的水位，通过密封盖10密封小量筒2，利用重力作用，小量筒2中的水流入大量筒7，从而小量筒2中形成负压，从而利用小量筒2上的细吸软管16从被测的水中抽入带有空气中的水，电控微调节排水阀门4能够根据数字显示高精度压力表13的信号进行微调节，当压力持续增大时增加阀门开度，当压力表压力持续降低时减小阀门开度，确保小量筒2内压力稳定变化，便于稳定抽取测量的水流，从而确保测量精度，通过记录小量筒2和大量筒7及数字显示高精度压力表13抽取前后的各种数据，从而计算出掺气浓度。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。