一种浑水表面张力系数测定装置

1.本实用新型涉及属于坝工水力学试验技术领域，特别涉及一种浑水表面张力系数测定装置。


背景技术：

2.泄流雾化是一种非常复杂的水－气与气－水两相流，影响降雨强度和雾化范围的因素众多。其中，泄流条件是主要影响因素之一。目前的研究中，主要以水头、泄量、挑坎类型、消能方式为聚类指标，对于水质的影响关注较少。而在实际工程中，当下泄水流含沙量大(浑水)时，浑浊的含泥水雾会污染环境，如黄河上的青铜峡水电站放水时就产生泥雾，使露天设备蒙上一层泥污，影响设备正常性能的发挥。
3.表面张力与水流掺气、气泡运移、水雾弥漫等密切相关。目前，关于表面张力系数测定的研究主要涉及环境气压、环境气温、液体温度等，而对于浑水的研究较少。为了探究泥雾的雾化场源特征，有必要对雾化浑水的表面张力系数进行测定。
4.拉脱法和毛细管升降法是测定表面张力系数的主要方法。浑水表面张力系数测定宜选用拉脱法，不宜选用毛细管升降法。因为，拉脱法可通过测定金属吊环拉断液面液膜前后的瞬态拉力变化值，进而计算表面张力系数，不受浑水水质影响；而毛细管易堵塞。
5.已有专利文献cn 205958411 u公开方案采用拉脱法测定液体表面张力系数，通过步进电机等机动设计可提升液体液面升降稳定性，但缺乏对测试液面和测环的水平以及测定位置监测；若测试液面和测环不水平，就不能保证测定结果的准确性、可靠性和一致性；若测试液面和测环的测试位置不稳定，在相同工况下重复测定和不同工况对比时，也存在一定的粗误差。因此，急需设计一种可精确测量浑水表面张力系数的装置。


技术实现要素：

6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可精确测量浑水表面张力系数的装置。
7.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种浑水表面张力系数测定装置，包括底板，在所述底板上安装有门式框架，在所述门式框架下方设有可升降支撑平台，在所述可升降支撑平台上设有测试桶，所述测试桶采用双桶结构，设内桶和外桶，所述内桶高度较所述外桶高度矮，在所述内桶与所述外桶之间设有环形空间；所述内桶通过供给软管与供液桶相连，所述供液桶位于所述测试桶的侧上方，通过水平悬臂与所述门式框架的立柱a连接，在所述供液桶内设有搅拌器，在所述供给软管上设有调流阀；在所述内桶的正上方设有金属测环，所述金属测环的外径小于所述内桶的内径，所述金属测环采用磁铁吸附在固定盘的下表面，在所述固定盘和所述金属测环之间形成有漏空孔洞；所述固定盘水平放置，通过吊线与力敏传感器相连，所述力敏传感器固定在所述门式框架的横梁上，所述力敏传感器和采集仪相连；在所述固定盘的上表面上安装有水平设置的测环水平监测光电传感器的发射端，与其对应的测环水平监测光电传感器的接收端安装在
所述门式框架的立柱b上；在所述外桶的外侧面上垂直安装有水平设置的液面水平监测光电传感器的发射端，与其对应的液面水平监测光电传感器的2个接收端分别安装在所述门式框架的立柱b上，其中一个对应测试桶的初始位置，另一个对应测试桶的终止位置；所述液面水平监测光电传感器的2个接收端和所述测环水平监测光电传感器的接收端各自连接有信号指示灯；所述内桶和所述外桶的底部通过排水管与收集桶相连，在所述排水管上设有截止阀。
8.在所述水平悬臂上设有挂钩。
9.所述测环水平监测光电传感器的发射端沿所述固定盘周向均布3个。
10.所述供液桶偏置在所述测试桶的左侧上方，所述收集桶偏置在所述测试桶的右侧下方。
11.本实用新型具有的优点和积极效果是：基于拉脱法原理设计，原理清晰明了，采用光电传感器可视化监测测试液面和测环的水平以及测定位置，可保证测试液面和测环的水平，以及测试位置的稳定，因此，可保证测定结果的准确性、可靠性和一致性。此外，测试桶的内桶低于外桶，起到了通过自溢流稳定测试液面的功能。并且本实用新型结构简单、成本低，稳定性好，可为探究泄流雾化泥雾形成与扩散的雾化场源特征提供基础数据。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图。
13.图中：1、底板；2、门式框架；2-1、门式框架的横梁；2-2、门式框架的立柱a；2-3、门式框架的立柱b；3、可升降支撑平台；4、测试桶；4-1、内桶；4-2、外桶；5、供给软管；6、调流阀；7、供液桶；7-1、搅拌器；8、水平悬臂；9、挂钩；10-金属测环；11-固定盘；12、吊线；13、力敏传感器；14、采集仪；15-1、测环水平监测光电传感器的发射端；15-2、测环水平监测光电传感器的接收端；16-1、液面水平监测光电传感器的发射端；16-2、对应测试桶初始位置的液面水平监测光电传感器的接收端；16-3、对应测试桶终止位置的液面水平监测光电传感器的接收端；17、收集桶；18、排水管；19、截止阀。
具体实施方式
14.为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
15.请参阅图1，一种浑水表面张力系数测定装置，包括底板1，在所述底板1上安装有门式框架2，在所述门式框架2下方设有可升降支撑平台3，在所述可升降支撑平台3上设有测试桶4，所述测试桶4采用双桶结构，设内桶4-1和外桶4-2，所述内桶4-1高度较所述外桶4-2高度矮，在所述内桶4-1与所述外桶4-2之间设有环形空间；所述内桶4-1通过供给软管5与供液桶7相连，所述供液桶7位于所述测试桶4的侧上方，通过水平悬臂8与所述门式框架的立柱a 2-2连接，在所述供液桶7内设有搅拌器7-1，在所述供给软管5上设有调流阀6。
16.在所述内桶4-1的正上方设有金属测环10，所述金属测环10的外径小于所述内桶4-1的内径，所述金属测环10采用磁铁吸附在固定盘11的下表面，在所述固定盘11和所述金属测环10之间形成有漏空孔洞；所述固定盘11水平放置，通过吊线12与力敏传感器13相连，所述力敏传感器13固定在所述门式框架的横梁2-1上，所述力敏传感器13和采集仪14相连。
17.在所述固定盘11的上表面上安装有水平设置的测环水平监测光电传感器的发射端15-1，与其对应的测环水平监测光电传感器的接收端15-2安装在所述门式框架的立柱b2-3上；在所述外桶4-2的外侧面上垂直安装有水平设置的液面水平监测光电传感器的发射端16-1，与其对应的液面水平监测光电传感器的2个接收端分别安装在所述门式框架的立柱b 2-3上，其中一个对应测试桶的初始位置，另一个对应测试桶的终止位置；所述液面水平监测光电传感器的2个接收端和所述测环水平监测光电传感器的接收端各自连接有信号指示灯。
18.所述内桶4-1和所述外桶4-2的底部通过排水管18与收集桶17相连，在所述排水管18上设有截止阀19。
19.在本实施例中，在所述水平悬臂8上设有挂钩9，在所述可升降支撑平台3升降时，用于吊挂所述供给软管5，便于所述可升降支撑平台3运行。所述测环水平监测光电传感器的发射端15-1沿所述固定盘11周向均布3个。对称布置便于所述金属测环10调平。所述供液桶7偏置在所述测试桶4的左侧上方，所述收集桶17偏置在所述测试桶4的右侧下方，对称布置有助于浑水的流通，同时也有助于整体结构稳定。
20.本实用新型的应用及工作原理：
21.1)试验开始前
22.将采集仪14开机预热后；加载砝码标定力敏传感器13的灵敏度b；用游标卡尺多次测定金属测环10的内、外直径后取平均外直径d1和内直径d2。
23.2)试验开始时
24.2.1)调节吊线12，使测环水平监测光电传感器的发射端15-1和测环水平监测光电传感器的接收端15-2对中，测环水平监测光电传感器的接收端15-2上的信号指示灯亮，表明金属测环10处于预设位置且水平。
25.2.2)启动可升降支撑平台3，当液面水平监测光电传感器的发射端16-1和对应测试桶初始位置的液面水平监测光电传感器的接收端16-2对中，关闭供给软管5上的调流阀6，关闭排水管18上的截止阀19，将试验浑水注入供液桶7，用搅拌器7-1搅拌；搅拌均匀后打开调流阀6，试验浑水充满测试桶4的内桶4-1开始溢流向外桶4-2时，关闭调流阀6，将供给软管5吊挂在挂钩9上，对应测试桶初始位置的液面水平监测光电传感器的接收端16-2上的信号指示灯亮，表明液面处于预设的初始位置且平稳。
26.3)试验过程中
27.可升降支撑平台3缓慢上升，直至液面水平监测光电传感器的发射端16-1和对应测试桶终止位置的液面水平监测光电传感器的接收端16-3对中，对应测试桶终止位置的液面水平监测光电传感器的接收端16-3上的信号指示灯亮且测环水平监测光电传感器的接收端15-2上的信号指示灯亮，表明液面到达预设的终止位置且液面平稳，此时采集仪14开始测定。之后可升降支撑平台3缓慢下降，当金属测环10脱离液面后，采集仪14停止测定，可升降支撑平台3继续缓慢下降至预设的初始位置。
28.由于表面张力的作用，金属测环10接触液面时形成环形液膜，在液膜拉破前，采集仪14的电压值处于增大过程，液膜拉破前瞬时电压对应电压峰值，记为u1；在液膜拉断后采集仪电压迅速降低并趋稳，液膜拉破后瞬间电压对应趋稳的电压，记为u2，根据如下公式计算得出相应工况的浑水表面张力系数：
[0029][0030]
式中，α为浑水表面张力系数，n/m；
[0031]
u1为液膜拉破前瞬时电压，mv；
[0032]
u2为液膜拉破后瞬间电压，mv；
[0033]
b为力敏传感器13灵敏度，mv/n；
[0034]
d1为金属测环10的外直径，m；
[0035]
d2为金属测环10得内直径，m；
[0036]
4)试验工况更换
[0037]
4.1)同浓度浑水工况重复测定时，将金属测环10取下清洁，根据步骤2.1)调节金属测环10处于初设位置且水平；打开排水管18上的截止阀19，待测试桶4的内桶4-1与外桶4-2的浑水排出后关闭截止阀19，其他测试步骤同步骤2.2)和3)；
[0038]
4.2)不同浓度浑水工况重复测定时，将金属测环10取下清洁，根据步骤2.1)调节，调节金属测环10处于初设位置且水平；打开排水管18上的截止阀19，用清水冲洗测试桶4的内桶4-1，待测试桶4的内桶4-1冲洗干净且水排净后关闭截止阀19，其他测试步骤同步骤2.2)和3)。
[0039]
5)测定完成后
[0040]
关闭仪器、设备电源，清洁试验区域，结束试验。
[0041]
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。