毛细管光电法测量气泡、液滴大小分布的研究

,
在 装置 中液滴 或 气 泡 一 般 呈 球 形
犷。
=
其体 积 为
。
一
f
犷。
,
所 以 得出 其直 径为
3 u 一=
、
音
!
,
d扎
对于 同 一 液 滴 或 气 泡
有
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,
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1
:
-
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口 ,
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、
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l
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(
1
)
梦 叼 !( 洲 (( (((
`
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/
/
/
/
/
刁衬 亩
,
在 实 时测量时
。
它 还能
、
选 择最 佳 测试 条 件 和 自动 鉴 别并 剔 除错 误 测 量 数 据 性好
、
因 此 该 系 统 测 量 精度 高
速 度快
重复
操作简 便
它 的研 制 成 功 填补 了 国 内 空 白
提 供 了先 进 的 测 试 方 法 和 手 段
二
、
毛 细 管光 电检 测 法 的测量 原 理
第9 卷
1 9
8 8
第
年
期
4 1 1月
仪
C
器
R N
L
仪
O
表
S C E N T
学
F C
报
o
.
l
v
.
9
地
4 8
H
N
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M
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T
N
o
1 9 A 8
毛 细 管 光 电法 测 量 气 泡 液 滴
、
大 小 分 布 的研 究
*
高敦岳
江
虹
张建 正
徐志 祥
( 华 东化
工 学 院 自动 化 研 究 所 )
、
本 文 阐述 毛 细 管 光 电 检 测 法 的原 理
功能 特点 以 及理论 校 正 公式 和运 行
实验 结果
。
一
许 多 设 备 中都 存在着 气 液
、
、
引
,
言
其 中 气泡
,
、
液 液 两 相流
液 滴 大小分 布 对研 究 设 备 中 的能 量
.
传递
、
反应 过 程
, ,
以 及 工 艺 和 设 备 的最 优化 设 计 与 节 能
’
和长度
分别
为
a v
.
,
二
-
万了
,
`
2
= ” ` =
“
’
示
fs + 2
亡
式中
f
一
+
1
t-
2
由子 表面张 力 的影 响
,
毛 细管 中液 滴 或 气 泡 两 端 的 界
、
.
面 近 似为 半 球 形
,
所 以 它 们 的体 积 为
一
气
万
龙
,
.
,
_
’
“
执
`
一 “
) c
+
百叫
,
1
图
1
毛 细 管 光 电检 测 器
3
如图 2
。
所示
,
,
因 而 在 两 个光 敏 管 上 得 到 图
( 2 )
所示 的两 个正 脉 冲
u水
,
画 1
J
艺
液滴 通过 时梦 由于 气 >
,
。
所 以使 光 束会 聚
,
如图
3
2
。
所示
这 样 光 敏 管接 收 到 的光 强 较 大
v
得 到和 图
l
{O
}
相 反 的负 脉 冲
(
3 )
:
液滴 或 气 泡在 毛 细 管 中 的 速 度
、
【 提 耍】
。
采 用 毛 细 管 光 电 检 测 法 和 微 机 成 功地 解 决 了 气 泡
。
、
液 滴 大 小 分 布 的 实 时 自动测 量
, ,
、
并 运用 子泡 沫 的 测 定
反应器中
系 统 对 泡径 在 毛 细 管 中 的压 力 影 响 予 以 校 正 并 运行 于 泡 沫分 离 塔 和 搅 拌 系 统组 成
,
将 气泡 或 液滴抽 入 毛 细 管 中
如图
1
。
所示
。
由 于 它 们 的 直径 大 于 毛 细 管 的 内径 氏
,
所以
)
在 毛 细 管 中变 形 呈 圆 柱 形
,
其长 度 为 l 它们 通 过 装 有两 个光 敏 三 极 管 ( 中心 孔 距 为
。
的光
*
本 文于 工9
8 7
年
6
月收 到
。
仪
器
仪
。
,
、
具 有 十分 重 要 的 意 义
,
。
以往
测 量 液滴
,
气 泡 大小 分 布 主 要 有 照 相法
、 。
表面 积 法
E
. .
化 学法 和 电 阻探 针 法
T
o
。
这些
。 -
方 法 应 用 范 围 窄 或 者 费时 长 精 度 低 70 年代 初德 国 f er 闭 分 别 采 用 毛 细 管光 电法 测量 气泡 和 液 滴 的 大小 1
后 沿有 强 烈 振 荡
,
为 了 能准 确 测 出 红 `
。
应 先 将所 测 于 由 实 际 波 形 的前
f,
,
必 须 正 确 设 置 比 较 器 的转 换 阂
A
、
值 电压
,
使 其在 上 下 峰 谷 点
1
由式 (
)
可知
,
,
要
。
但是
,
抽 吸 速度 不 同 引起 毛 细 管 内压 力降 不
,
同 使 气泡 的 体积 发 生 变 化 因 此 必 须 对 气 泡 进 行
,
压 力校 正
( 2 )
。
由 于 液 体 体 积 受 压 力 变化 影 响 很 小
,
。
所 以 对液滴 不 必 校 正
信号 通 过 比 较器 转 换 成方 波
m 旧邝叮川尸 7 m
,
,
, 尸万片啥
,
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/
/
/
/
/
/
/
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/
尸
/
/
尸
月
柑
图
2
光 通 过 毛 细 管 的透 射 和 折 射 路 径
b
介质为空 气
) 介质为水
。
)
介质 为 液 滴
第4 期
毛 细 管 光电法 测 量 气 泡
a
、
、
液 清 大 小 分布 的研 究
,
由于
d 已知
,
由式 (
1
。
同 时 对 气 泡 测量 进 行 了 压 力 校 正
,
并 将 该 系 统推 广应 用 于 泡
,
沫 的测 定 中 本 系 统能 测 量 每 个气泡 或液 滴 的 大小
均 值 和 方 差值
,
作 出按 直 径
。
、
面 积 和 体积 的 概率分 布
。 、
计 算 其平
,
最后 由 c
R
。
T
和 打 印机输 出 结 果 和画 出概 率 分布 曲线
表
学
报
、
第9 卷
电 检 测器
,
光 源通过 小 孔 产 生光 束并 穿过 毛 细 管
,
由于 空 气 ( 气 泡 )
液 体 ( 液滴 ) 和 水 ( 连
飞加 日
续相 )
(
的折 射 率 不 同
1
所以
,
:
)
气 泡 通过 时
由于 折 射 率 、
几气Leabharlann < 、,,
所以 使光
。
束 发散
,
这 样光敏 管接 收 到的光 强 度较小
,
K
9
84
、
P i li 年 国 外配 置微 机 进 行 了 自 动 测
气 泡 大小 分 布 的 实 时测 定 〔 4
,
、
d忱
n
五。
u
P 〔 t
峨〕
和
T h
.
量 〔3〕 国 内
。
,
1 9 8 5 年 我 们 首先 采 用 毛 细 管 光 电法 实 现 了液滴
,
5〕,
并研制 了微机 的 自动 测量 系统
)
可 知 只 要 精确 测 出 时 间 人 ~ .f
即可 得 出 每个 液 滴 或气 泡
的直 径
。
V
二
t
Z
_
图
3
气泡 的 瞬 时 波 形
三
( l )
、
系 统 的 特 点
。
液滴 和 气 泡 直 径 与 其 在 毛 细 管 内 速 度无 关 因 此可 以 用 高速 抽 吸 的方 法 防止 气 泡 在 毛 细 管 喇 叭 口 处 凝 并 这 对 于 气 泡 密 度很 大 的 气液 混 合 装 置 来 说特 别 重