自制流量计实现小流量测量

　　第三届北京市大学生物理实验竞赛有一题为“基于物理学原理，自行设计并制作一流量计，用于测量流量不超过10 L/min不均匀流速的自来水流量”，并要求参赛作品力求做到装置简便且易于操作，测量准确，力一法巧妙且手段新颖、有特色。所谓流量，是指单位时问内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，又称瞬时流量，工程上常用单位为“m3/h "。流量计是用于测量流量的仪表，市场上用于流量测量的成熟产品很多，例如超声波流量计、电磁流量计、涡街流量计等，这些类型的流量计量程大，主要用于大流量的测量，价格较为昂贵。而专门用于小流量测量的流量计，市场上则比较少见。基于竞赛题口的要求，自行设计了一款流量计，用于对0.5-20.0 L/min的液体流量测量。流量计的制作素材基本上来自实验室废旧仪表，成本低且结构简单、测量精确。自制流量计在竞赛中获二等奖。

　　1自制流量计的结构

　　自制流量计可设计成3种结构:“分体式”结构、“一体式”结构、“数字式”结构(如图1、图2和图3所示)。结合实验室中现有素材，将参赛作品设计为“分体式”结构。

　　“分体式”结构流量计的结构如图la所示，其优点在于测量装置与读数装置分离，便于异地读数。它由壳体、锥管、叶轮、直流电机、电压表头组成，电压表头和壳体分离。壳体上下两底分别接两螺口，与水管相接，作为进水口和出水口。进水口下端有一锥管，用于将流体导直，这样流体就成一束打在叶片边缘的某一固定点上，较小的流量就能使叶轮转动，使流量测量的精确度和可重复度都大大提高。叶轮悬置于壳体内，并偏向壳体一侧，力一便流体流出，不十扰叶轮转动。微型直流电机的轴和悬置叶轮的轴通过1:1齿轮固连在一起，将微型直流电机的电压输入端接电压表头。通过将微型直流电机反置，将微型直流电机改为发电机。

　　自制流量计按如下力一式工作:水流从锥管流下，打在叶轮上，叶轮转动，带动微型直流电机的轴跟着转动，微型直流电机的电压输入端输出电压。输出电压和流量成线性关系，将电压值转化为相应的流量值，就能达到流量测量的口的。

　　图1b为“分体式”结构的实际装置图，也是参加此次竞赛的作品。为了节省成本，图1b中的壳体由一个饮料瓶裁剪而成，电压表头为实验室淘汰下来的仪表。购买的材料为一个微型直流电机，一个片形叶轮，一个连接头，整个装置花费不到20元。整个装置结构简单，易于操作，测量精确度高，符合物理实验竞赛的精神。