本发明属于液体收集测量领域，具体涉及一种基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置及方法。
背景技术
随着国际上冷凝换热研究的逐渐兴起，尤其是对于大型平板冷凝换热的研究。搭建以研究不同冷凝状态下的冷凝换热的实验系统必不可少。因此需要实现实验系统中冷凝液体的准确收集与精确测量功能。
目前在液体收集测量领域，已经有多种利用不同方法原理来实现液体收集测量的技术方案。
例如中国专利cn1548961a提供了一种基本毛细管现象的液体收集测量的装置与方法。其液体收集测量装置包括一个入口，一个出口，多个收集器与一个连接进出口的液体通道，其中液体通道上每隔一段连接一个收集器，每个收集器由多个已知容积的毛细管组成。注入液体至入口，沿着通道引导液体流向该出口，并于流经收集器时，依靠毛细管作用的力量填满收集器，而在该收集器填满该液体后，剩余的液体才会流向下一段，并被下一个收集器收集，直至该出口。并通过记录收集时间，来完成对液体流量的测量。
又例如中国专利cn203017448u提供了一种液体收集测量带。其本体为由前片与后片四周粘合形成的软质袋体，袋体的端设有液体进口，下端设有液体出口，袋体上有液量刻度，在所述袋体上设有多道分隔线，袋体前后片沿分隔线粘连，其中一条分隔线，其下端与袋体下端粘合线相连，进液口和出液口位于该分隔线的同侧，该侧区域形成液体测量区。当液体自进口流入袋中，先进入到测量区，测量区填满后，液体通过溢流口流入集液区，这时，先记录测量区的液量，然后打开液体出口，将测量区内的液体放尽，关闭液体出口，将集液区内的液体通过溢流口倒入测量区，记录测量值，完成对液体收集量的测量。
以上两种方法，具有生产工艺简单、体积小巧轻便、成本低廉且测量精度高的优点。然而，上述两种方法均无法应用于如大型冷凝实验等具有较大液体流量，且对自动化要求程度高的情况。
而截至目前，尚未有一种能针对如大型平板冷凝实验等具有较大液体流量的情况，对液体进行收集测量的装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于为实验系统中的冷凝液体进行准确收集与精确测量提供一种基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置及方法。应用于如大型平板冷凝实验等具有较大液体流量的收集与测量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：
一种基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置，包括冷凝壁面1，设置在冷凝壁面1下方的多个外壁紧贴的冷凝液滴收集槽2和一个与冷凝壁面1最低端直接相连的冷凝液膜收集槽3；所述冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3底部分别通过第一波纹软管4和第二波纹软管5连通冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7；所述冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7的下端分别设置连接到同一个疏水管14上的冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13；冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7的下端还连接有冷凝液滴差压变送器8和冷凝液膜差压变送器9，通过冷凝液滴差压引压管10，分别将多个冷凝液滴差压变送器的高压端连接到各自的冷凝液滴收集槽上部气空间，低压端向下倾斜连接各自的冷凝液滴测量段底部；通过冷凝液膜差压引压管11将冷凝液膜差压变送器9高压端连接到冷凝液膜收集槽上部气空间，低压端向下倾斜连接冷凝液膜测量段7底部；所述冷凝液滴差压变送器8和冷凝液膜差压变送器9均连接数据采集系统18；所述疏水管通入集液罐15，集液罐15顶部连接手动排气阀门16，集液罐底部连接手动排水阀门17。
所述冷凝液膜收集槽3和冷凝液滴收集槽2底部成漏斗形。
所述冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7由透明的石英玻璃制造。
所述冷凝液滴差压引压管10和冷凝液膜差压引压管11的高压端分别位于冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3上部气空间的开口水平弯折。
疏水管14向下倾斜设置。
所述冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13分别与冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7间用有机玻璃板隔离，防止高温冷凝液体意外喷出对人员造成伤害。
所述的基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置的冷凝液体收集测量方法，在进行液体收集与测量之前，关闭手动排水阀门17，打开手动排气阀门16与冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7下端的冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，使收集系统中残余的液体排入集液罐15；
当需要开始进行液体测量时，关闭冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，开始对冷凝壁面1上产生的冷凝液体进行收集与测量；在冷凝壁面1上产生的冷凝液体，其中在重力中作用下滴落的冷凝液滴经下方的多个冷凝液滴收集槽2收集，而沿着冷凝壁面1流下的冷凝液膜被一个冷凝液膜收集槽3收集，冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3内的冷凝液体经第一波纹软管4和第二波纹软管5分别进入并积聚在各自的冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7进行测量；冷凝液滴差压变送器8将各个冷凝液滴的质量数据、质量流量数据分别送入数据采集系统18，在数据采集系统18中通过如下方程计算将压差、压差变化率转化为各个冷凝液滴收集槽2所收集到的液滴质量、质量变化率：
上两式中，m1为收集到的液滴质量，p1为冷凝液滴差压变送器8的测量压差，d1为冷凝液滴测量段6的内径，t为时间，g为当地重力加速度；冷凝液膜差压变送器9也将冷凝液膜的质量数据、质量流量数据分别送入数据采集系统18，在数据采集系统18中通过如下方程计算将压差、压差变化率转化为冷凝液膜收集槽3所收集到的液膜质量、质量变化率：
上两式中，m2为收集到的液滴质量，p2为冷凝液膜差压变送器9的测量压差，d2为冷凝液滴测量段7的内径，t为时间，g为当地重力加速；
收集测量结束后打开冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，使液体经过疏水管14排入集液罐15，关闭冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，打开集液罐15下方的手动排水阀门17进行排水，打开手动排气阀门16进行排气，完毕后，关闭手动排水阀门17与手动排气阀门16。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.装置加工难度低、操作简单且可靠性高，精度高；
2.漏斗形的液滴收集水槽与倾斜的液膜收集水槽等多处倾斜设置的部件有利于冷凝液体的顺利流动，使得测量过程不会具有太久的时间惯性，使测量信号具有实时性；
3.设置不少于一个液滴收集水槽，实现对冷凝液滴的分区域收集；
4.将冷凝液体质量信号通过物理原理转化为压差信号，使用差压变送器进一步转化为电信号，易于实现过程的数字化与自动化采集，便于进一步的数据处理，减少了人因读数误差；
5.测量段材料使用石英玻璃管，耐高温水腐蚀性好，长期使用下不会因管内腐蚀物而影响测量准确度；
6.测量段材料使用透明的石英玻璃管，有利于测量人员对管内液体收集状况的观察，从而可对收集结果进行目测读数，对差压电信号做出一定的参考；
7.装置设置有有机玻璃安全隔板，防止高温冷凝液体意外喷出对人员造成伤害，将人与系统高温段隔离，保障人员安全。
附图说明
图1为本发明收集测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置，包括冷凝壁面1，设置在冷凝壁面1下方的多个外壁紧贴的冷凝液滴收集槽2和一个与冷凝壁面1最低端直接相连的冷凝液膜收集槽3；所述冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3底部分别通过第一波纹软管4和第二波纹软管5连通冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7；所述冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7的下端分别设置连接到同一个疏水管14上的冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13；冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7的下端还连接有冷凝液滴差压变送器8和冷凝液膜差压变送器9，通过冷凝液滴差压引压管10，分别将多个冷凝液滴差压变送器的高压端连接到各自的冷凝液滴收集槽上部气空间，低压端向下倾斜连接各自的冷凝液滴测量段底部；通过冷凝液膜差压引压管11将冷凝液膜差压变送器9高压端连接到冷凝液膜收集槽上部气空间，低压端向下倾斜连接冷凝液膜测量段7底部；所述冷凝液滴差压变送器8和冷凝液膜差压变送器9均连接数据采集系统18；所述疏水管通入集液罐15，集液罐15顶部连接手动排气阀门16，集液罐底部连接手动排水阀门17。
如图1所示，本发明基于压差测量信号的冷凝液体收集测量装置的冷凝液体收集测量方法，在进行液体收集与测量之前，关闭手动排水阀门17，打开手动排气阀门16与冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7下端的冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，使收集系统中残余的液体排入集液罐15；
当需要开始进行液体测量时，关闭冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，开始对冷凝壁面1上产生的冷凝液体进行收集与测量；在冷凝壁面1上产生的冷凝液体，其中在重力中作用下滴落的冷凝液滴经下方的多个冷凝液滴收集槽2收集，而沿着冷凝壁面1流下的冷凝液膜被一个冷凝液膜收集槽3收集，冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3内的冷凝液体经第一波纹软管4和第二波纹软管5分别进入并积聚在各自的冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7进行测量；冷凝液滴差压变送器8将各个冷凝液滴的质量数据、质量流量数据分别送入数据采集系统18，在数据采集系统18中通过如下方程计算将压差、压差变化率转化为各个冷凝液滴收集槽2所收集到的液滴质量、质量变化率：
上两式中，m1为收集到的液滴质量，p1为冷凝液滴差压变送器8的测量压差，d1为冷凝液滴测量段6的内径，t为时间，g为当地重力加速度；冷凝液膜差压变送器9也将冷凝液膜的质量数据、质量流量数据分别送入数据采集系统18，在数据采集系统18中通过如下方程计算将压差、压差变化率转化为冷凝液膜收集槽3所收集到的液膜质量、质量变化率：
上两式中，m2为收集到的液滴质量，p2为冷凝液膜差压变送器9的测量压差，d2为冷凝液滴测量段7的内径，t为时间，g为当地重力加速；
收集测量结束后打开冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，使液体经过疏水管14排入集液罐15，关闭冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13，打开集液罐15下方的手动排水阀门17进行排水，打开手动排气阀门16进行排气，完毕后，关闭手动排水阀门17与手动排气阀门16。
作为本发明的优选实施方式，所述分区设置的冷凝液滴收集槽2，与冷凝液膜收集槽3底部设为漏斗形，有利于冷凝液体的顺利排出。冷凝液膜收集槽3最顶部水槽沿冷凝壁面1的宽度方向斜设置(图中未标明)，以便槽内收集到的冷凝液体能顺利流向下方管道。疏水管14向下倾斜设置，有利于排液顺利，防止管内形成液封。所述冷凝液滴差压引压管10和冷凝液膜差压引压管11的位于冷凝液滴收集槽2和冷凝液膜收集槽3气空间的一端开口水平弯折，防止冷凝液体滴入，造成测量误差。冷凝液滴手动阀门12与冷凝液膜手动阀门13与冷凝液滴测量段6和冷凝液膜测量段7之间用有机玻璃板隔离(图中未标示)，防止高温冷凝液体意外喷出对人员造成伤害。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。