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CN105865563A - 一种冰块体积测量装置 - Google Patents

一种冰块体积测量装置 Download PDF

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CN105865563A
CN105865563A CN201610153143.5A CN201610153143A CN105865563A CN 105865563 A CN105865563 A CN 105865563A CN 201610153143 A CN201610153143 A CN 201610153143A CN 105865563 A CN105865563 A CN 105865563A
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易贤
盖文
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周志宏
郭守春
顾正华
韩杰
张文清
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies

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Abstract

一种冰块体积测量装置属于飞行器结冰技术研究领域；测量管的两端分别连接在测量桶A和测量桶B上，阀门A配装在测量管上，测量管用透明材料制作，并设置刻线，在测量管上通过阀门B连通安装流体或气体注入器，在测量桶A、B和测量管内注入熔点低于0℃、密度小于0.9g/m3的液体，通过阀门B将流体或气体注入到位于测量管内的液体内形成流体珠或气体泡，通过观测测量前后流体珠或气体泡移动位移计算获得所测冰块体积；本装置结构简单，操作使用标定方便，测量精度高，适用能力强。

Description

一种冰块体积测量装置
技术领域
本发明属于飞行器结冰技术研究领域，主要涉及一种飞行器结冰冰块体积测量装置。
背景技术
近年来，国内外许多研究者展开了飞机结冰机理研究，采用的研究手段主要包括计算机数值模拟和结冰风洞物理模拟两种。在结冰机理研究中，为了探测不同环境条件对结冰结果的影响，需要测量结冰相关参数，包括冰块的外形、密度等。
根据冰块密度ρ＝冰块重量m/冰块体积V的计算公式，冰的重量用现有电子秤即可非常准确的测量，但截止目前为止，复杂形状的冰块体积测量难度极大，尚无相关设备用于冰块体积测量使用，这影响和制约着飞行器结冰技术的研究发展。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题和对飞行器结冰问题研究的实际需要，设计提供一种冰块体积测量装置，达到准确方便的测量冰块体积的目的。
本发明创造的目的是这样实现的：测量管的两端分别连接在测量桶A和测量桶B底端侧部上，所述测量管将测量桶A与测量桶B相互联通；阀门A配装在测量管上，所述测量管由透明材料制作，在测量管上沿轴心线方向设置刻度线；在所述测量管上位于靠近测量桶A一侧部分，通过阀门B连通安装流体或气体注入器；在所述测量桶A、B和测量管内连通注入熔点低于0℃、密度小于0.9g/m3的液体，且测量桶A内液体的液面与测量桶B内液体的液面高度平齐；在所述流体或气体注入器内配装流体或气体，通过打开阀门B将流体或气体注入到位于测量管内的液体内形成流体珠或气体泡；所述的流体或气体与液体不相容；
所述测量桶A与测量桶B均为内孔横截面面积相等的上部开口容器，其内孔横截面面积分别为a1、a2，测量桶A与测量桶B的横截面面积的比值r＝a1/a2，r应取足够小，比如0.01；
所述测量管6应足够长，测量量程应足够大；
所述液体优选用酒精，并对其着色；
所述流体或气体优选用空气或惰性气体。
所述的一种冰块体积测量装置，其使用方法如下：先对测量装置进行标定，再根据标定结果进行测量，其标定方法为：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A、阀门B，将容积为Y的液体倒入测量桶B；
3)打开阀门A，等待n分钟后，当测量桶B与测量桶A中的液体的液面平齐时，打开阀门B，在测量管内制成流体珠或气体泡后关闭阀门B；
4)向测量桶B内缓慢加入液体，将流体珠或气体泡推到距离量桶A较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡初始中心位置x’并关闭阀门A；
5)向测量桶A中加入单块体积或容积已知的标定物；
6)打开阀门A，等待n分钟后，当流体珠或气体泡不再移动时，记录当前流体珠或气体泡中心位置坐标xi和已加入的标定物体积或容积和ui；
7)重复步骤4)-6)，进行k次测量，以对测量管量程内所有位置进行标定，得到k个流体珠或气体泡中心坐标X＝[x1，...xk]和加入的标定物体积或容积和u＝[u1，...，uk]；
8)通过数据拟合，计算映射关系f，使ui＝f(si，x’)，其中si＝xi-x’；
依据标定结果的冰块体积测量方法是：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A、阀门B，将容积为Y的液体倒入测量桶B；
3)打开阀门A，等待n分钟后，当测量桶B与测量桶A中的液体的液面平齐时，打开阀门B，在测量管内制成流体珠或气体泡后关闭阀门B；
4)向测量桶B内缓慢加入液体，将流体珠或气体泡推到距离量桶A较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡初始中心位置x’并关闭阀门A；
5)向测量桶A内放入待测体积冰块；
6)打开阀门A，等待n分钟后，当流体珠或气体泡不再移动时，记录当前流体珠或气体泡中心位置坐标x；
7)根据标定结果f，由公式v＝f(s，x’)，其中si＝x-x’，得到冰块测量体积结果v。
本发明利用两个测量桶和相互之间配连的测量管，通过将冰块浸入其中一个测量桶内引起的体积变化，通过计算即可得到冰块的体积值，具有结构简单，操作使用标定方便，测量精度高，适用能力强的特点。
附图说明
图1一种冰块体积测量装置结构示意图
图中件号说明
1、测量桶A，2、待测体积冰块，3、阀门A，4、阀门B，5、流体珠或气体泡，6、测量管，7、液体，8、测量桶B，9、流体或气体，10、流体或气体注入器
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造的实施方式进行详细描述：一种冰块体积测量装置，其特征在于：测量管6的两端分别连接在测量桶A1和测量桶B 8底端侧部上，所述测量管6将测量桶A 1与测量桶B 8相互联通；阀门A 3配装在测量管6上，所述测量管6由透明材料制作，在测量管6上沿轴心线方向设置刻度线；在所述测量管6上位于靠近测量桶A 1一侧部分，通过阀门B 4连通安装流体或气体注入器10；在所述测量桶A、B 1、8和测量管6内连通注入熔点低于0℃、密度小于0.9g/m3的液体7，且测量桶A 1内液体7的液面与测量桶B 8内液体7的液面高度平齐；在所述流体或气体注入器10内配装流体或气体9，通过打开阀门B 4将流体或气体9注入到位于测量管6内的液体7内形成流体珠或气体泡5；所述的流体或气体9与液体7不相容；
所述测量桶A 1与测量桶B 8均为内孔横截面面积相等的上部开口容器，其内孔横截面面积分别为a1、a2，测量桶A 1与测量桶B8的横截面面积的比值r＝a1/a2，r应取足够小，比如0.01；
所述测量管6应足够长，测量量程应足够大；
所述液体7优选用酒精，并对其着色；
所述流体或气体9优选用空气或惰性气体。
所述的一种冰块体积测量装置，其使用方法如下：先对测量装置进行标定，再根据标定结果进行测量，其标定方法为：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A 3、阀门B 4，将容积为Y的液体7倒入测量桶B8；
3)打开阀门A 3，等待n分钟后，当测量桶B 8与测量桶A1中的液体7的液面平齐时，打开阀门B 4，在测量管6内制成流体珠或气体泡5后关闭阀门B 4；
4)向测量桶B 8内缓慢加入液体7，将流体珠或气体泡5推到距离量桶A 1较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡5初始中心位置x’并关闭阀门A 3；
5)向测量桶A 1中加入单块体积或容积已知的标定物；
6)打开阀门A 3，等待n分钟后，当流体珠或气体泡5不再移动时，记录当前流体珠或气体泡5中心位置坐标xi和已加入的标定物体积或容积和ui；
7)重复步骤4)-6)，进行k次测量，以对测量管6量程内所有位置进行标定，得到k个流体珠或气体泡5中心坐标X＝[x1，...xk]和加入的标定物体积或容积和u＝[u1，...，uk]；
8)通过数据拟合，计算映射关系f，使ui＝f(si，x’)，其中si＝xi-x’；
依据标定结果的冰块体积测量方法是：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A 3、阀门B 4，将容积为Y的液体7倒入测量桶B8；
3)打开阀门A 3，等待n分钟后，当测量桶B 8与测量桶A1中的液体7的液面平齐时，打开阀门B 4，在测量管6内制成流体珠或气体泡5后关闭阀门B 4；
4)向测量桶B 8内缓慢加入液体7，将流体珠或气体泡5推到距离量桶A 1较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡5初始中心位置x’并关闭阀门A 3；
5)向测量桶A 1内放入待测体积冰块2；
6)打开阀门A 3，等待n分钟后，当流体珠或气体泡5不再移动时，记录当前流体珠或气体泡5中心位置坐标x；
7)根据标定结果f，由公式v＝f(s，x’)，其中si＝x-x’，得到冰块测量体积结果v。

Claims (2)

1.一种冰块体积测量装置，其特征在于：测量管(6)的两端分别连接在测量桶A(1)和测量桶B(8)底端侧部上，所述测量管(6)将测量桶A(1)与测量桶B(8)相互联通；阀门A(3)配装在测量管(6)上，所述测量管(6)由透明材料制作，在测量管(6)上沿轴心线方向设置刻度线；在所述测量管(6)上位于靠近测量桶A(1)一侧部分，通过阀门B(4)连通安装流体或气体注入器(10)；在所述测量桶A、B(1、8)和测量管(6)内连通注入熔点低于0℃、密度小于0.9g/m3的液体(7)，且测量桶A(1)内液体(7)的液面与测量桶B(8)内液体(7)的液面高度平齐；在所述流体或气体注入器(10)内配装流体或气体(9)，通过打开阀门B(4)将流体或气体(9)注入到位于测量管(6)内的液体(7)内形成流体珠或气体泡(5)；所述的流体或气体(9)与液体(7)不相容；
所述测量桶A(1)与测量桶B(8)均为内孔横截面面积相等的上部开口容器，其内孔横截面面积分别为a1、a2，测量桶A(1)与测量桶B(8)的横截面面积的比值r＝a1/a2，r应取足够小，比如0.01；
所述测量管(6)应足够长，测量量程应足够大；
所述液体(7)优选用酒精，并对其着色；
所述流体或气体(9)优选用空气或惰性气体。
2.根据权利要求1所述的一种冰块体积测量装置，其使用方法如下：先对测量装置进行标定，再根据标定结果进行测量，其标定方法为：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A(3)、阀门B(4)，将容积为Y的液体(7)倒入测量桶B(8)；
3)打开阀门A(3)，等待n分钟后，当测量桶B(8)与测量桶A(1)中的液体(7)的液面平齐时，打开阀门B(4)，在测量管(6)内制成流体珠或气体泡(5)后关闭阀门B(4)；
4)向测量桶B(8)内缓慢加入液体(7)，将流体珠或气体泡(5)推到距离量桶A(1)较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡(5)初始中心位置x’并关闭阀门A(3)；
5)向测量桶A(1)中加入单块体积或容积已知的标定物；
6)打开阀门A(3)，等待n分钟后，当流体珠或气体泡(5)不再移动时，记录当前流体珠或气体泡(5)中心位置坐标xi和已加入的标定物体积或容积和ui；
7)重复步骤4)-6)，进行k次测量，以对测量管(6)量程内所有位置进行标定，得到k个流体珠或气体泡(5)中心坐标X＝[x1，... xk]和加入的标定物体积或容积和u＝[u1，...，uk]；
8)通过数据拟合，计算映射关系f，使ui＝f(si，x’)，其中si＝xi-x’；
依据标定结果的冰块体积测量方法是：
1)将冰块体积测量装置水平放置于-k摄氏度恒温环境中，k的取值范围为1～20；
2)关闭阀门A(3)、阀门B(4)，将容积为Y的液体(7)倒入测量桶B(8)；
3)打开阀门A(3)，等待n分钟后，当测量桶B(8)与测量桶A(1)中的液体(7)的液面平齐时，打开阀门B(4)，在测量管(6)内制成流体珠或气体泡(5)后关闭阀门B(4)；
4)向测量桶B(8)内缓慢加入液体(7)，将流体珠或气体泡(5)推到距离量桶A(1)较近的一侧，观测记录流体珠或气体泡(5)初始中心位置x’并关闭阀门A(3)；
5)向测量桶A(1)内放入待测体积冰块(2)；
6)打开阀门A(3)，等待n分钟后，当流体珠或气体泡(5)不再移动时，记录当前流体珠或气体泡(5)中心位置坐标x；
7)根据标定结果f，由公式v＝f(s，x’)，其中si＝x-x’，得到冰块测量体积结果v。
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