一种泡沫薄膜析液测量装置及测量方法与流程

本发明涉及消防设备技术领域，更具体地说，涉及一种泡沫薄膜析液测量装置及测量方法。

背景技术：

随着科技进步和发展，人们对火灾防治的需求也日益提高。在各类火灾中，易燃液体火灾由于燃烧速度快，流淌性强，容易复燃等特点而往往难以扑救。每年都有大量易燃液体火灾事故发生在化工厂、油田、储罐仓、机场和船舶等区域，且均造成了较为严重的后果。

泡沫灭火剂是扑灭易燃液体类火灾最常用也最有效的灭火剂。一方面，泡沫析出的液体能吸收热量，瞬间冷却燃料，起到降温灭火的作用。另一方面，消防泡沫在灭火时可以覆盖在燃料表面，形成致密的泡沫层，阻止下方的燃料蒸汽的溢出，防止燃料复燃。

消防泡沫的析液是指生成的泡沫析出混合液的过程。析液速度决定了消防泡沫的灭火和抗烧能力，是评价消防泡沫性能的一项重要指标。若泡沫析液速度过快，则泡沫在短时间内变干，泡沫薄膜变薄，因而失去保护燃料的能力。因此，测量消防泡沫的析液速度十分重要。研究人员通常根据gb15306-2006提供的实验来测量消防泡沫的25％析液时间，进而评估消防泡沫的析液速度。但是，该方法操作复杂、实施难度大、实施成本较高。此外，该方法提供的装置无法对泡沫薄膜的析液速度进行测量，因而导致测试精度较低，可重复性较差。目前，国内外尚缺少精确评估消防泡沫薄膜析液性能的测量装置及测量方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种泡沫薄膜析液测量装置及测量方法，该泡沫薄膜析液测量装置可以有效地实现泡沫的析液性能。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泡沫薄膜析液测量装置，包括：

支撑台和能够置于所述支撑台上的透明容器，所述透明容器的顶盖上设置有通孔；

支撑架和能够伸入所述透明容器内部的薄膜框架，所述薄膜框架的上侧固定连接有支撑杆，所述支撑杆的一端与所述薄膜框架固定连接且另一端能够与所述支撑架可拆卸的固定连接，所述支撑杆能够穿过所述通孔；

驱动部件，所述驱动部件能够驱动所述支撑架或所述支撑台升降；

设置于所述透明容器外侧的光源，所述光源能够发出单色漫射光；

设置于所述透明容器外侧的摄像机，所述摄像机用于拍摄所述薄膜框架上薄膜各处的干涉条纹。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述薄膜框架包括中间子框架和设置在所述中间子框架两侧的边侧子框架；

所述中间子框架的两侧分别设置有两个所述边侧子框架，且所述边侧子框架所在的平面与所述中间子框架所在的平面之间的夹角为120°。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述支撑台包括支撑板和设置于所述支撑板下侧的伸缩部件，所述驱动部件驱动所述伸缩部件伸长或缩短以使所述支撑台升降。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述伸缩部件为x伸缩架，且所述驱动部件为驱动所述x伸缩架伸缩的伸缩缸。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，还包括用于控制所述伸缩缸的工作状态的控制器。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述光源包括单色光源和覆盖所述单色光源的出光侧的磨砂玻璃。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述支撑架上设置有用于夹持所述支撑杆的夹具。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，还包括与所述摄像机通讯连接的计算机。

优选地，上述泡沫薄膜析液测量装置中，所述光源和所述薄膜框架之间的连线与所述光源和所述摄像机之间的连线的夹角为40-50°；

还包括减震台，所述支撑台和支撑架均设置在所述减震台上。

一种应用如上述中任一项所述的泡沫薄膜析液测量装置的测量方法，包括步骤：

将泡沫溶液倒入所述透明容器内；

将所述支撑杆的一端伸入所述透明容器，并使所述薄膜框架完全浸入所述泡沫溶液，将支撑杆的另一端与支撑架固定；

所述薄膜框架在所述泡沫溶液中停留预设时间后，打开光源和摄像机；

调整所述支撑台或支撑架的高度以使所述薄膜框架离开所述泡沫溶液的液面，所述薄膜框架上产生泡沫薄膜；

利用摄像机记录泡沫薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化。

应用上述实施例提供的泡沫薄膜析液测量装置时，首先将泡沫溶液倒入透明容器内，最好泡沫溶液充满透明容器的一半体积。将支撑杆的下端连同薄膜框架一起伸入透明容器，支撑杆的上端穿过顶盖的通孔后，调整支撑杆和薄膜框架的高度，使薄膜框架完全浸入泡沫溶液内，然后将支撑杆与支撑架固定。使膜框架在泡沫溶液中停留预设时间后，打开光源和摄像机。利用驱动部件调整支撑台或支撑架的高度以使薄膜框架离开泡沫溶液的液面，薄膜框架上产生薄膜，然后利用摄像机记录泡沫薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化。在摄像机中观测到明暗相间的干涉条纹，确定干涉条纹中一级明条纹和一级暗条纹的位置和相邻条纹之间的距离，相邻两条明暗条纹对应的薄膜的厚度差为其中λ为单色光波长，n为水的折射率1.33，进而分析薄膜厚度分布随时间的变化，作为衡量泡沫薄膜析液速度的指标，以实现了对泡沫析液性能的测量。

本发明提供的消防泡沫薄膜析液测量装置能够模拟泡沫薄膜单元的析液过程，能够精确测量消防泡沫薄膜厚度分布随时间的变化，为更好的评估不同泡沫的析液性能提供技术支持，且有助于后续的理论研究和数值模拟研究。使用上述泡沫薄膜析液测量装置时，操作简单，实施难度小且实施成本较低，可重复性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的泡沫薄膜析液测量装置的结构示意图。

在图1中：

1-减震台、2-控制器、3-伸缩缸、4-支撑台、5-透明容器、6-单色光源、7-磨砂玻璃、8-摄像机、9-顶盖、10-薄膜框架、11-夹具、12-支撑架、13-计算机、14-通孔、15-支撑杆。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种泡沫薄膜析液测量装置及测量方法，该泡沫薄膜析液测量装置可以有效地实现泡沫的析液性能。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，本发明提供的泡沫薄膜析液测量装置主要用于测量泡沫的析液性能，上述泡沫薄膜析液测量装置包括支撑台4、透明容器5、支撑架12、薄膜框架10、支撑杆15、驱动部件、光源6和摄像机8。其中，透明容器5可以置于支撑台4上，支撑台4用于支撑透明容器5。透明容器5的顶盖9上设置有通孔14，该通孔14供支撑杆15穿过，通孔14具体可以为圆柱体状。透明容器5可以为玻璃容器，具体可以为石英玻璃容器。透明容器5的顶盖9可取下或盖上。

支撑杆15的一端与薄膜框架10固定连接，支撑杆15的另一端能够与支撑架12可拆卸的固定连接。支撑杆15能够穿过顶盖9上的通孔14。支撑杆15位于薄膜框架10的上侧，即支撑杆15的下端与薄膜框架10的上侧连接，支撑杆15的下端和薄膜框架10能够一并伸入透明容器5中，支撑杆15的上端与支撑架12可拆卸的固定连接。当薄膜框架10浸入泡沫溶液内预设时间后，薄膜框架10离开泡沫溶液的液面后薄膜框架10上能够产生泡沫薄膜。

驱动部件能够驱动支撑架12或支撑台4升降。透明容器5置于支撑台4上，且薄膜框架10通过支撑杆15固定在支撑架12上后，驱动部件驱动支撑架12或支撑台4升降，以使浸入泡沫溶液内的薄膜框架10离开泡沫溶液的液面。

光源设置于透明容器5外侧，并且光源能够发出单色漫射光，如此利用光源向薄膜框架10上产生的薄膜照射单色漫射光。

摄像机8也设置于透明容器5外侧，摄像机8用于拍摄薄膜框架10上薄膜各处的干涉条纹。摄像机8应该为高速摄像机。

应用上述实施例提供的泡沫薄膜析液测量装置时，首先将泡沫溶液倒入透明容器5内，最好泡沫溶液充满透明容器5的一半体积。将支撑杆15的下端连同薄膜框架10一起伸入透明容器5，支撑杆15的上端穿过顶盖9的通孔14后，调整支撑杆15和薄膜框架10的高度，使薄膜框架10完全浸入泡沫溶液内，然后将支撑杆15与支撑架12固定。使膜框架在泡沫溶液中停留预设时间后，打开光源和摄像机8。利用驱动部件调整支撑台4或支撑架12的高度以使薄膜框架10离开泡沫溶液的液面，薄膜框架10上产生薄膜，然后利用摄像机8记录泡沫薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化。在摄像机8中观测到明暗相间的干涉条纹，确定干涉条纹中一级明条纹和一级暗条纹的位置和相邻条纹之间的距离，相邻两条明暗条纹对应的薄膜的厚度差为其中λ为单色光波长，n为水的折射率1.33，进而分析薄膜厚度分布随时间的变化，作为衡量泡沫薄膜析液速度的指标，以实现了对泡沫析液性能的测量。

本发明提供的消防泡沫薄膜析液测量装置能够模拟泡沫薄膜单元的析液过程，能够精确测量消防泡沫薄膜厚度分布随时间的变化，为更好的评估不同泡沫的析液性能提供技术支持，且有助于后续的理论研究和数值模拟研究。使用上述泡沫薄膜析液测量装置时，操作简单，实施难度小且实施成本较低，可重复性较强。

在一具体实施例中，薄膜框架10包括中间子框架和设置在中间子框架两侧的边侧子框架。即中间子框架的相对的两侧均设置有边侧子框架。中间子框架和边侧子框架可以均为方形结构，中间子框架和边侧子框架可以共用一个边，薄膜框架10为一体式结构。

进一步地，中间子框架的两侧分别设置有两个边侧子框架，并且边侧子框架所在的平面与中间子框架所在的平面之间的夹角为120°。且位于中间子框架同一侧的两个边侧子框架所在的平面之间的夹角也为120°。如此薄膜框架10能产生五个泡沫薄膜。中间的薄膜与其余四个薄膜夹角均为120°，具有两个自由边界，作为观察和测量薄膜析液的对象。

在另一具体实施例中，支撑台4包括支撑板和设置于支撑板下侧的伸缩部件，伸缩部件的上端与支撑板固定连接。当伸缩部件伸长或缩短时带动支撑板升起或降低，进而带动支撑板上的透明容器5升降。

驱动部件驱动伸缩部件伸长或缩短以使支撑台4升降。具体地，伸缩部件为x伸缩架，且驱动部件为驱动x伸缩架伸缩的伸缩缸3。伸缩缸3可以为气缸或液压缸。x伸缩架包括多个依次铰接的x交叉杆，每个x交叉杆包括交叉的第一杆和第二杆，且第一杆和第二杆的交叉部位铰接。伸缩缸3的一端与第一杆连接且另一端与第二杆连接，伸缩缸3伸出时驱动第一杆的端部和第二杆的端部之间的距离增加，进而多个x交叉杆均增高，实现了x伸缩架伸长。反之，伸缩缸3收缩时，多个x交叉杆均缩短，实现了x伸缩架缩短。

进一步地，上述泡沫薄膜析液测量装置还包括用于控制伸缩缸3的工作状态的控制器2。当需要支撑台4下降时，通过控制器2控制伸缩缸3收缩，当需要支撑台4上升时，通过控制器2控制伸缩缸3伸出即可。控制器2可以调节伸缩缸3的位移和运动速度，从而控制支撑台4的运动。

当然，也可以伸缩缸3的顶端与支撑板连接，伸缩缸3竖直设置，伸缩缸3伸出时直接带动支撑板上升，伸缩缸3收缩时直接带动支撑板下降，在此不作限定。

另外，光源可以包括单色光源6和覆盖单色光源6的出光侧的磨砂玻璃7。单色光源6发出的单色平行光经磨砂玻璃7后转变为单色漫反射光，单色光源6产生的单色光波长为520nm。当然，光源还可以为其它结构，在此不作限定。

为了便于快速的从支撑架12上拆卸支撑杆15，支撑架12上设置有用于夹持支撑杆15的夹具11。支撑架12可以为铁架。当然，支撑杆15还可以通过抱箍等其它方式固定在支撑架12上，在此不作限定。

为了便于快速分析薄膜厚度分布随时间的变化，上述泡沫薄膜析液测量装置还包括与摄像机8通讯连接的计算机13。

另一实施例中，光源和薄膜框架10之间的连线与光源和摄像机8之间的连线的夹角为40-50°。该处光源、薄膜框架10和摄像机8均为立体结构，上述光源和薄膜框架10之间的连线是指同时经过光源的任意位置和薄膜框架10的任意位置的直线。光源和摄像机8之间的连线是指同时经过光源的任意位置和摄像机8的任意位置的直线。如此保证了光源发出的单色漫反射光覆盖薄膜框架10上的薄膜，且摄像机8能够拍摄完整薄膜框架10上的薄膜。当然，根据实际情况不同，光源和薄膜框架10之间的连线与光源和摄像机8之间的连线的夹角还可以为其它角度，在此不作限定。

为了防止震动影响测量结果，上述泡沫薄膜析液测量装置还包括减震台1，支撑台4和支撑架12均设置在所述减震台1上。

基于上述实施例中提供的泡沫薄膜析液测量装置，本发明还提供了一种应用上述泡沫薄膜析液测量装置的测量方法，该测量方法包括步骤：

s1:将泡沫溶液倒入透明容器5内；

首先将泡沫溶液倒入透明容器5内，最好泡沫溶液充满透明容器5的一半体积。

s2:将支撑杆15的一端伸入透明容器5，并使薄膜框架10完全浸入泡沫溶液，将支撑杆15的另一端与支撑架12固定；

将支撑杆15的下端连同薄膜框架10一起伸入透明容器5，支撑杆15的上端穿过顶盖9的通孔14后，调整支撑杆15和薄膜框架10的高度，使薄膜框架10完全浸入泡沫溶液内，然后将支撑杆15与支撑架12固定。

s3:薄膜框架10在泡沫溶液中停留预设时间后，打开光源和摄像机8；

使膜框架在泡沫溶液中停留预设时间后，打开光源和摄像机8。上述预设时间可以为30min。薄膜框架10在溶液中预平衡30min，可以确保透明容器5中泡沫溶液上方的气体达到饱和蒸汽压。防止在实验时因薄膜液体大量蒸发而导致析液速度的测量结果出现误差。

s4:调整所述支撑台4或支撑架12的高度以使所述薄膜框架10离开所述泡沫溶液的液面，所述薄膜框架10上产生泡沫薄膜；

利用驱动部件调整支撑台4或支撑架12的高度以使薄膜框架10离开泡沫溶液的液面，薄膜框架10上产生薄膜。在薄膜产生后，由于重力的作用，薄膜中的液体向下流动，排出薄膜，这一过程为泡沫薄膜的析液过程。该过程会导致薄膜厚度发生变化，进而导致干涉条纹的位置随时间发生变化。

s5:利用摄像机8记录泡沫薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化。

然后利用摄像机8记录泡沫薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化。在摄像机8中观测到明暗相间的干涉条纹，相邻两条明暗条纹对应的薄膜的厚度差为其中λ为单色光波长，n为水的折射率1.33，进而分析薄膜厚度分布随时间的变化，作为衡量泡沫薄膜析液速度的指标，以实现了对泡沫析液性能的测量。

上述测量方法中还可以包括步骤s6：利用计算机13上的软件分析薄膜厚度分布随时间的变化，作为衡量泡沫薄膜析液速度的指标。

摄像机8记录薄膜各处干涉条纹的位置随时间的变化并传输到计算机13上，利用计算机13软件matlab分析薄膜厚度分布随时间的变化，作为衡量泡沫薄膜析液速度的指标。

实验结束后，关闭光源和高速摄像机，打开顶盖9，倒出泡沫液，用大量清水清洗透明容器5，随后放入烘干机烘干。

可以更换泡沫液种类，比较不同消防泡沫的薄膜析液速度。上述泡沫液可以用于消防等领域。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。