我們都知道,當一種液體在密閉空間內流動時,想要判斷它的流量變化是比較難的,如果流動的液體裡出現了氣泡,某些時候意味著出現了異常狀況,這時我們需要能夠定性或定量地判斷出這種異常。
其實這個問題是可以解決的,首先我們來分析一下軟管裡出現氣泡會導致哪些變化,我們假設管道的直徑是無法被壓縮的,那麼當氣泡流過管道,最直接的變化是裡面的液體成分變少,氣體成分變大,也就是說這段管道的整體質量會變低,這個很好理解,因為氣體的密度低於液體的密度。
有人可能會想當然的認為可以通過測量軟管的質量來確定氣泡的存在,確實這樣也是一個可行的方案,我們可以用一個秤來監測軟管的質量,這樣就可以很直觀的解決問題,不過這樣的解決方案依賴於軟管的走向,舉一個例子如果軟管流動的方向與重力的方向相同,我們顯然不能夠直接測量某一段軟管的質量,所以這樣的方法還是有一定的局限性的。
我們接著按照監測質量的方式來想一下,上面的情況應該可以解決,我記得航天飛船上的太空人曾經展示過一個測量體重的辦法,依據的是牛頓第二定律:物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質量成反比,且與物體質量的倒數成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同,用公式來表示就是F = ma,對軟管施加固定的力,這樣有氣泡的軟管理論上移動的距離會更遠,不過這種方法影響軟管的位置狀態,不能算是最優方案。
下面我來介紹一種我認為比較可能應用於實際的方案,這個方案來源於一個基本原理,電容的特性,我們知道電容的最簡單構型是兩個電極加上中間的介質,介質的不同會導致電容的變化,所以如果我們把軟管看成是介質,當裡面的液體夾雜著氣泡時相當於介質發生了變化,這種變化必然導致電容發生變化。
具體的實現方案是將兩個金屬的薄膜分別貼到軟管的兩側,這兩個金屬薄膜就是電容的兩個電極,夾在金屬薄膜中的軟管就是介質,利用外部電路可以實現電容的充放電操作,這樣就可以獲取充放電的時間,作為開始的標定方法,我們可以這樣操作,軟管中加入需要檢測的液體,通過測量我們可以得到一個時間值,這個作為參照值,然後人為的在流動的液體中加入空氣,隨著加入空氣量的不同,電容的充放電時間會發生變化,將每種情況記錄下來,與參照值對比,形成對應的曲線。我們後續可以根據標定的結果來設置提示的閾值,這樣一個軟管氣泡檢測的方案就成型了,也就可以測量出軟管裡的變化,當軟管中的液體夾雜氣泡時,就可以及時進行提示,使用這樣的方法,檢測的速度很快,適合一些中高速流動液體的快速判定。
我曾經在比較細的軟管上做過實驗,檢測的效果還是很理想的,不僅如此這樣的檢測方法我覺得比較省電,成型的檢測裝置可以用一顆紐扣電池工作很長時間,我下一步的想法是逐步提高檢測精度和消除環境因素的幹擾,如果這一步可以實現,接下來的應用範圍會更廣闊一些。