一种流量可控的测量声学流阻的装置及其测量方法与流程

本发明属于声学噪声测量技术领域，涉及一种流量可控的测量声学流阻的装置及其测量方法。

背景技术：

流阻表示材料两端的气压差与流过材料的气体线速度之比。流阻的计算公式为：

r=p/u；

式中：p—材料两端的气压差，单位pa；

u—气体流过材料的线速度，单位m/s；

r—流阻，单位pa·m/s；

流阻是反应材料声学特性的一个重要参数，有研究发现流阻与材料的吸声系数之间存在一个最佳值的关系。其反映多孔材料声学特性与其材料的结构、生产方法之间的关系，并可确保产品质量（质量控制）。规范gb∕t25077《声学多孔吸声材料流阻测量》中规定测量流阻的方法中有直流法a，直流法a中现在都是使用水箱法流阻仪。

公告号cn201319029y公开的水箱法流阻仪中提到水箱法流阻仪由密封水箱、微压力计、试件匣、量筒、停表或秒表、水源六部分连接后密封组成，水箱法流阻仪是测量和控制吸声材料的流阻，流阻是判定材料吸声效果不可缺少的一个重要因素，其系统压力稳定，简单易行，经济实惠，以密闭水箱放水引起的气流作为气源，开阀泄水产生气流，当气流经过试块时，试块两端会产生压强差，测出其差值，再结合经过试块的气流流速度即可计算出流阻值。但这种测量方法存在以下缺陷：由于是通过某段时间的泄水量来计算水流速度，用水流速度等价气体的流速而非直接测量；而实际操作过程中，很难保证每次的流量测量及控制的精度。然而水流的速度难以精确调节，且难以保证水流是匀速的，因此得出的气体流速只能是一段时间的平均速度，而压强差是一个实时变化的量，这样计算出来的流阻必然存在较大误差，且水箱体积庞大，略显笨重，因此需要一种操作简便、易于控制、测量准确的设备以利于在科研及生产中更便捷的测量流阻率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种流量可控的测量声学流阻的装置能提供稳定的、可控的气体流速，解决了现有的测量繁琐、流量随性不可控的问题、试件安装不便的问题，且会影响测量的准确性的问题。

解决上述问题的技术方案是：一种流量可控的测量声学流阻的装置，包括高效静音负压真空泵机头、精密流量调节阀、高精度气体质量流量计、支撑架、测量管和智能数字微压计；所述高效静音负压真空泵机头的真空泵机头进气口通过硅胶管与精密流量调节阀的调节阀出气口连接，所述精密流量调节阀的调节阀进气口通过硅胶管与高精度气体质量流量计的流量计出气口连接；所述测量管是长条形的顶部开口、底部封闭的圆筒，所述测量管的底部设置有测量管测量口和测量管进气口，所述测量管的内腔设置有凸起的卡槽，所述测量管的内径与试件的直径相适应；所述测量管安装在支撑架上；所述高精度气体质量流量计的流量计进气口通过硅胶管与测量管的测量管测量口连接；所述智能数字微压计设置有微压计测量口和微压计常压口，所述微压计测量口与测量管进气口通过硅胶管连接，所述微压计常压口外接大气压。

进一步技术方案是：该装置还配置有导向管，所述导向管为两端开口的圆筒，所述导向管的内腔用于放置试件，该导向管的内径与试件的直径相适应；所述导向管可活动放置在测量管内腔，其底部位于卡槽上，其顶部高出测量管的顶部。

进一步技术方案是：所述导向管的顶部设置有提手，所述提手或是凹槽或是手柄。

进一步技术方案是：所述卡槽设置在距离测量管底部20~100mm处。

进一步技术方案是：所述导向管由不锈钢管材料打磨而成或焊接而成，当放置在测量管内时，所述导向管的顶部高出测量管的顶部至少30mm。

进一步技术方案是：所述静音电动真空泵机头的功率为3000w，气流可无极调速从0~280l/max；所述微型精密流量调节阀的最大通径为4mm，耐压能力≤0.12mpa；所述高精度气体质量流量计的量程：0~25l/min，精度±（2.5+0.5fs）%，压力≤0.12mpa。

其相关的另一技术方案是：一种流量可控的测量声学流阻的装置的测量方法，该方法是采用上述的一种流量可控的测量声学流阻的装置来测量多孔吸声材料试件的流阻特性的测量方法，测量时，按照下列步骤进行：

a、用硅胶管连接各部件，检查各部件正常运行之后，采用气泡法进行检测装置的气密性：在每个硅胶管道的接口处涂抹氟油检漏液，启动该装置工作，查看硅胶管接口处，是否有气泡产生，如果有气泡则检查堵漏，没有气泡为检验合格；检验合格关掉高效静音负压真空泵机头电源；

b、将已制作好的待测多孔吸声材料的试件，绕四周一圈抹上薄薄一层凡士林，垂直放入测量管内部，直至试件底部触碰到卡槽位置，放置平稳；

c、启动高效静音负压真空泵机头，调节精密流量调节阀，观察高精度气体质量流量计，通过调节精密流量调节阀控制气流速度，选择所需要的气流速度，待气流稳定之后，实时流速可通过高精度气体质量流量计读取，记录智能数字微压计的压差值；

d、重复测量多组数据，取流阻平均值，根据规范公式计算该材料试件的流阻率大小；

e、调节不同的气流体积速度，测量不同的压差值；

f、测量完成后，关掉每个部件的开关，将多孔吸声材料的试件从测量管内部中取出，搽干净测量管的内壁，以备下次使用。

其相关的又另一技术方案是：该方法是采用上述的一种流量可控的测量声学流阻的装置来测量多孔吸声材料试件的流阻特性的测量方法，测量时，按照下列步骤进行：

a、用硅胶管连接各部件，检查各部件正常运行之后，采用气泡法进行检测装置的气密性：在每个硅胶管道的接口处涂抹氟油检漏液，启动该装置工作，查看硅胶管接口处，是否有气泡产生，如果有气泡则检查堵漏，没有气泡为检验合格；检验合格关掉高效静音负压真空泵机头电源；

b、将已制作好的待测多孔吸声材料的试件，绕圆周抹上薄薄一层凡士林后从导向管底部放入导向管内部，试件放置直至端部与导向管底部平齐，翻转握住提手，导向管外部涂抹凡士林，直接插入测量管中，直至导向管底部触碰到卡槽位置，放置平稳；

c、启动高效静音负压真空泵机头，调节精密流量调节阀，观察高精度气体质量流量计，通过调节精密流量调节阀控制气流速度，选择所需要的气流速度，待气流稳定之后，实时流速可通过高精度气体质量流量计读取，记录智能数字微压计的压差值；

d、重复测量多组数据，取平均值，根据规范公式计算该材料试件的流阻率大小；

e、调节不同的气流速度，测量不同的压差值；

f、测量完成后，关掉每个部件的开关，抓取测量管导向管的提手，将导向管直接从测量管取出，并卸除导向管中的试件，搽干净测量管、导向管内壁的凡士林，以备下次使用。

进一步技术方案是：所述步骤e、调节不同的气流速度，分别将气流体积速度控制在0.55l/min，0.5l/min，0.4l/min，0.3l/min，0.1l/min气流体积速度，测量不同的压差值，计算出流阻值。

进一步技术方案是：重复步骤b-步骤e，可测量不同的多孔吸声材料试件。

因此，与现有技术相比，本发明之“一种流量可控的测量声学流阻的装置及其测量方法”具有以下有益效果：本发明的流量可控的测量声学流阻的装置构造简单，设计轻巧，测量操作简单，不产生扰动，数据调节精确范围广，测试精度高，可在研究和生产的过程中测量多孔吸声材料的流阻率，以此控制多孔吸声材料的一致性，保证吸声材料的降噪效果。另本装置提供的静音负压真空泵机头及精密流量调节阀2能够连续进气、精确气流并提供恒定的流速，克服了流量不均、气体流速难以维持恒定等缺点。具体如下：

1、本发明的装置的气体流量由静音电动真空泵机头1提供，所述静音电动真空泵机头1体积小，功率3000w，气流可无极调速从0~280l/max，气流管口连接8mm气管(大小可以根据需要设定)。连接电源产生气流稳定，静音、振动小，抗干扰能力强。

2、本发明的装置的气体流量调节由微型精密流量调节阀2提供，该微型精密流量调节阀2最大通径φ=4mm，体积小，耐压能力≤0.12mpa，可根据要求无极调节。

3、本发明的装置的气体力量控制由高精度气体质量流量计3进行控制，该高精度气体质量流量计3量程0~25l/min，精度±（2.5+0.5fs）%，压力≤0.12mpa。

4、本发明的装置的气压差由智能数字微压计8高稳定的测量得出，该智能数字微压计8压力范围：0-±3000pa，基本误差：±1%f.s，最大过载能力：≤200%f.s准确度等级1级，分辨率：1pa。

5、本发明的装置的试件放置及测量由测量管5实现：测量管由光滑铝合金或不锈钢一体构成，参见图2，图中，测量管的内径φd1≥98mm，长度h1≥190mm，管底部距离h3=20~100mm设有卡槽，安装时将相应直径φd1的多孔材料试件垂直放入测量管中，直至卡槽位置，放置平稳。该尺寸设计符合规范要求：测量管高度h满足单向层流气流流入和流出试件，且其高度h至少比试件的厚度d大100mm。多孔材料的试件的标准厚度按规范=100mm，即一般试件的厚度d=100mm（参见图3）。

6、本发明的装置的测量管形状是长条形的上端开口，下端封闭的圆筒，要将试件垂直安装到卡槽并试验完成取出非常麻烦，因此本发明的装置增加了导向管6，由不锈钢管等材料打磨而成，导向管内径φd3≥96mm，导向管外径与相应测量管内径公差配合，即导向管外径φd2=测量管内径φd1，其高度h2≥h1+30(mm)（参见图2），导向管上铣槽或者焊接提手，方便试件从测量管里取出。测量时，导向管外径抹上薄层硅脂或凡士林，将相应φd3试件外径抹上硅脂或凡士林，装入导向管底部，提起手柄将导向管插入测量筒中，直到卡槽即可。

7、管壁密封用硅脂或者凡士林，因为管壁相互之间都是紧配合，因此用硅脂或凡士林既起到不透气密封又润滑的作用，拆卸时又方便擦除。通过密封后能保证气流完全是经过试块材料的表面，提高了测量的准确性、科学性，解决管壁的密封问题。

下面结合附图和实施例对本发明之一种流量可控的测量声学流阻的装置及其测量方法的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1：本实施例的一种流量可控的测量声学流阻的装置结构示意图；

图2：本实施例的测量管与导向管尺寸示意图；

图3：本实施例的试块的尺寸示意图；

图4：本实施例具有凹槽的导向管尺寸示意图；

图5：本实施例具有提手的导向管尺寸示意图。

图中：

1-高效静音负压真空泵机头，11-真空泵机头进气口，2-精密流量调节阀，21-调节阀出气口，22-调节阀进气口，3-高精度气体质量流量计，31-流量计出气口，32-流量计进气口，4-支撑架，5-测量管，51-测量管测量口，52-测量管进气口，53-卡槽，6-导向管，61-凹槽，62-手柄，7-试件，8-智能数字微压计，81-微压计测量口，82-微压计常压口，9-硅胶管。图中的箭头表示气流运动的方向。

具体实施方式

实施例1：

一种流量可控的测量声学流阻的装置，其结构装置如图1所示，包括高效静音负压真空泵机头1、精密流量调节阀2、高精度气体质量流量计3、支撑架4、测量管5和智能数字微压计8；所述高效静音负压真空泵机头1的真空泵机头进气口11通过硅胶管9与精密流量调节阀2的调节阀出气口21连接，所述精密流量调节阀2的调节阀进气口22通过硅胶管9与高精度气体质量流量计3的流量计出气口31连接；所述测量管5是长条形的顶部开口、底部封闭的圆筒，所述测量管5的底部设置有测量管测量口51和测量管进气口52，所述测量管5的内腔设置有凸起的卡槽53，该卡槽为一圆环状，所述测量管5的内径与试件7的直径相适应；所述测量管5安装在支撑架4上；所述高精度气体质量流量计3的流量计进气口32通过硅胶管9与测量管5的测量管测量口51连接；所述智能数字微压计8设置有微压计测量口81和微压计常压口82，所述微压计测量口81与测量管进气口52通过硅胶管9连接，所述微压计常压口82外接大气压。

所述测量管由光滑铝合金或不锈钢一体构成或焊接而成，其内径d1至少98mm，所述卡槽设置在距离测量管底部20~100mm处。

所述静音电动真空泵机头1的功率为3000w，气流可无极调速从0~280l/max；所述微型精密流量调节阀2的最大通径为4mm，耐压能力≤0.12mpa；所述高精度气体质量流量计3的量程：0~25l/min，精度±（2.5+0.5fs）%，压力≤0.12mpa。

所述硅胶管有弹性，密封性好，耐一定的压力。直径范围可选用4~12mm。

为解决测量管试块安装方便快捷的问题，该装置还配置有导向管6，即在测量管5内部增加导向管6，导向管有提手，可铣槽可焊接手柄，抽取放置试件方便快捷。

所述导向管6为两端都开口的圆筒，所述导向管6的内腔用于放置试件7，该导向管6的内径与试件的直径相适应；所述导向管6可活动放置在测量管5内腔，其底部位于卡槽上，其顶部高出测量管5的顶部。测量管5与导向管的尺寸关系见图2，在导向管高于h1处的上方可铣槽或焊接手柄，即所述导向管6的顶部铣有凹槽61（参见图4）或是焊接有手柄62（参见图5），便于快速装载试件及抽取导向管。测量管5和导向管6尺寸根据需要测量流阻的试块进行选择。本实施例中，所述导向管6由不锈钢管材料打磨而成，当放置在测量管5内时，所述导向管6的顶部高出测量管5的顶部至少30mm。

实施例2：

一种流量可控的测量声学流阻的装置的测量方法，该方法是采用实施1所述的一种流量可控的测量声学流阻的装置来测量多孔吸声材料试件的流阻特性的测量方法，测量时，按照下列步骤进行：

a、设备按图1用硅胶管9连接各部件，检查各部件正常运行之后，采用气泡法进行检测装置的气密性：在每个硅胶管道的接口处涂抹氟油检漏液，启动该装置工作（启动包括高效静音负压真空泵机头电源、高精度气体质量流量计电源、智能数字微压计电源以及精密流量调节阀等），查看硅胶管接口处，是否有气泡产生，如果有气泡则检查堵漏，没有气泡为检验合格；检验合格关掉高效静音负压真空泵机头电源。

b、将已制作好的待测多孔吸声材料的试件，绕四周一圈抹上薄薄一层凡士林，垂直放入测量管内部，直至试件底部触碰到卡槽位置，放置平稳；

c、启动高效静音负压真空泵机头1，调节精密流量调节阀2，观察高精度气体质量流量计3，通过调节精密流量调节阀2控制气流速度，选择所需要的气流速度，待气流稳定之后，实时流速可通过高精度气体质量流量计3读取，记录智能数字微压计8的压差值；

d、重复测量多组数据，取流阻平均值，根据规范公式计算该材料试件的流阻率r大小；具体如下：

重复以上b、c两个步骤，每个试件在同一流速测量三次取流阻平均值，根据公式（1）~(3)计算材料的流阻特性，并以流阻特性检验吸声材料的吸声性能。

①流阻r的计算由式（1）表示，单位为帕斯卡每秒立方米(pa·s/m³)。

(1)

式中：

∆p—试件两侧的压强差，由智能数字微压计8读取，单位为帕斯卡(pa)；

qv——通过试件的气流体积速度，可通过高精度气体质量流量计3读取，单位为立方米每秒(m³/s)。

②比流阻(rs)的计算公式由（2）表示，单位为帕斯卡秒每米(pa·s/m)。

(2)

式中：

r——材料流阻，单位为帕斯卡每秒立方米(pa·s/m³)；

a——垂直于气流方向的试件横截面面积，单位为平方米(m²)。

③流阻率r的计算公式由式(3)表示，单位为帕斯卡秒每平方米(pa·s/m²)。

(3)

式中：

rs——试块的比流阻，单位为帕斯卡秒每米(pa·s/m)；

d——沿气流方向的试件厚度，单位米(m)。

因为

（4）；

式中：

d3——试件横截面面积的直径。

把公式（1）、（2）、（4）代入公式（3），得到公式（5），

因此，（5）。

e、可调节不同的气流体积速度，测量不同的压差值；可分别将气流体积速度控制在0.55l/min，0.5l/min，0.4l/min，0.3l/min，0.1l/min等气流体积速度，测量不同的压差值，计算出流阻值r。根据规范里的规定，气流线速度需要小于0.5×10-3m/s，通过试件体积换算，气流体积速度最大不能超过0.58l/min，而不同的气流体积速度对测量的流阻是不一样，因此，通常是做不同的气流体积速度取平均值，得出数据更精确有效。

f、测量完成后，关掉每个部件的开关，将多孔吸声材料的试件从测量管内部中取出，搽干净测量管的内壁，以备下次使用。

如需要测量不同的多孔吸声材料试件，轮流把不同的试件放入到装置中，每一个试件重复步骤b-步骤e进行测量即可。

实施例3：

一种流量可控的测量声学流阻的装置的测量方法，该方法是采用实施1所述的一种流量可控的测量声学流阻的装置来测量多孔吸声材料试件的流阻特性的测量方法，测量时，按照下列步骤进行：

a、设备按图1用硅胶管9连接各部件，检查各部件正常运行之后，采用气泡法进行检测装置的气密性：在每个硅胶管道的接口处涂抹氟油检漏液，启动该装置工作（启动包括高效静音负压真空泵机头电源、高精度气体质量流量计电源、智能数字微压计电源以及精密流量调节阀等），查看硅胶管接口处，是否有气泡产生，如果有气泡则检查堵漏，没有气泡为检验合格；检验合格关掉高效静音负压真空泵机头电源。

b、将已制作好的待测多孔吸声材料的试件，绕圆周抹上薄薄一层凡士林后从导向管底部轻旋放入导向管内部，试件放置直至端部与导向管底部平齐，翻转握住提手，导向管外部涂抹凡士林，直接插入测量管中，直至导向管底部触碰到卡槽位置，放置平稳。试块与导向管尺寸配套，导向管内径比卡槽的内径大1-2mm，试件与导向管通过尺寸公差配合再加上凡士林的作用，使试件能牢牢固定在导向管里而不从导向管里掉落。

c、启动高效静音负压真空泵机头1，调节精密流量调节阀2，观察高精度气体质量流量计3，通过调节精密流量调节阀2控制气流速度，选择所需要的气流速度，待气流稳定之后，实时流速可通过高精度气体质量流量计3读取，记录智能数字微压计8的压差值；

d、重复测量多组数据，取流阻平均值，根据规范公式计算该材料试件的流阻率大小；具体如下：

重复以上b、c两个步骤，每个试件在同一流速测量三次取平均值，根据公式（1）~(3)计算材料的流阻特性，并以流阻特性检验吸声材料的吸声性能。

①流阻r的计算由式（1）表示，单位为帕斯卡每秒立方米(pa·s/m³)。

(1)

式中：

∆p—试件两侧的压强差，由智能数字微压计8读取，单位为帕斯卡(pa)；

qv——通过试件的气流体积速度，可通过高精度气体质量流量计3读取，单位为立方米每秒(m³/s)。

②比流阻(rs)的计算公式由（2）表示，单位为帕斯卡秒每米(pa·s/m)。

(2)

式中：

r——材料流阻，单位为帕斯卡每秒立方米(pa·s/m³)；

a——垂直于气流方向的试件横截面面积，单位为平方米(m²)。

③流阻率r的计算公式由式(3)表示，单位为帕斯卡秒每平方米(pa·s/m²)。

(3)

式中：

rs——试块的比流阻，单位为帕斯卡秒每米(pa·s/m)；

d——沿气流方向的试件厚度，单位米(m)。

因为

（4）；

式中：

d3——试件横截面面积的直径。

把公式（1）、（2）、（4）代入公式（3），得到公式（5），

因此，（5）。

e、可调节不同的气流体积速度（流速），测量不同的压差值；可分别将气流体积速度控制在0.55l/min，0.5l/min，0.4l/min，0.3l/min，0.2l/min，0.1l/min等气流体积速度，测量不同的压差值，计算出流阻值r。

f、测量完成后，关掉每个部件的开关，抓取测量管导向管的提手，将导向管直接从测量管取出，并卸除导向管中的试件，搽干净测量管、导向管内壁的凡士林，以备下次使用。

如需要测量不同的多孔吸声材料试件，轮流把不同的试件放入到装置中，每一个试件重复步骤b-步骤e进行测量即可。