CN108646104A - 一种基于密立根油滴仪的改进装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雾滴带电量的测量装置及其方法，属于电喷雾雾滴荷电量的测量技术领域。主要功能是在一次雾化条件下实现多个雾滴带电量的快速测量。其关键技术主要在于解决传统密立根油滴仪试验测量数据单一以及平衡电压难以调节的问题。该测量装置主要包括：环形电极、铁氟龙绝缘材料、绝缘雾滴盒、CCD电视显微镜和齿轮齿条升降台；相邻绝缘雾滴盒之间成等梯度分布，即在同一工作电压下构建了不同的电场强度，通过齿轮齿条升降台调整CCD摄像机的位置，进而对各个电场中的带电雾滴的运动轨迹进行录制，并逐个进行观察测量，从而在整体上大幅度节约了测量所用时间。

Description

一种基于密立根油滴仪的改进装置及其方法

技术领域

本发明涉及电喷雾雾滴带电量的测量技术领域。具体涉及到基于多个电场强度对所形成的雾化区进行区域划分，进而对各区域内的带电雾滴进行逐个观察测量的装置及其方法。

背景技术

电喷雾技术中雾滴的荷电效果尤为关键，它不仅会影响到雾滴的大小、运动轨迹，同时也是评价电喷雾雾化效果的重要参数。因此就电喷雾技术而言，对雾滴进行带电量的测量显得尤为重要。

已知的几种静电量的测量方法有密立根油滴仪法、法拉第筒法以及网状目标法。密立根油滴仪法相对于其他两种方法具有较高的测量精度，且试验过程以及相关仪器也较为完善，但在电喷雾技术中却很少使用该方法对雾滴的带电量进行测量。究其原因，主要是由于传统的密立根油滴仪法是针对单个液滴进行测量的一种方法，而电喷雾的形成机理异常复杂，在大多数情况下所形成的雾滴不仅数目繁多，且大小、带电量均有所不同。单个雾滴的带电量不足以表征整个雾化场内的雾滴带电量的平均水平，更不能反映已有雾化条件下的雾化效果。因此，如何利用密立根油滴仪法进行多个雾滴带电量的快速测量成为了其是否能够有效应用在电喷雾技术上的关键所在。

发明内容

为了克服密立根油滴试验在一次雾化条件下测量数据单一性的问题，本发明的目的在于提供一种能够快速确定雾化场中多个雾滴带电量的测量装置及其方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明是一种雾滴带电量的测量装置且该测量装置安放在雾化区的正下方。测量装置主要由材料、尺寸均相同的环形电极2、隔离相邻电势传递的铁氟龙绝缘材料3、高度不同的绝缘雾滴盒4(在此设置雾滴盒从上到下的高度为d1>d2>d3>d4…，且相邻绝缘雾滴盒的尺寸比例为)、CCD电视显微镜8以及齿轮齿条升降台9组成。为了减少工作电压源的个数且在成对的环形电极之间构成相同的电势差，将工作电压的正、负极与装置中的环形电极交替连接。不同高度的绝缘雾滴盒安装在成对电极之间，不仅对电极起到了支撑作用，更为重要的是由于雾滴盒是绝缘的，保证了相邻电极电势的相互独立。由场强公式E＝U/d可知，在电压相同而绝缘雾滴盒高度不同的情况下，成对环形电极之间便形成了梯度分布电场。该测量装置的最上层电极受到弹簧压片5的压力，最下层电极受到底座6的支持力，从而构成了整个电极间的力的平衡。在测量的过程中由于需要对不同的电场空间进行逐个观察，因此，将CCD摄像机安放在齿轮齿条升降台上来满足需求。

该装置是对原有密立根油滴仪进行的升级改进。测量过程中，当雾滴所受的电场力与重力相等或接近时，雾滴在该电场区域内保持静止或缓慢匀速运动。当重力与电场力相差很大时，雾滴便会加速运动，直至到达与雾滴重力相匹配的电场空间。此时，雾滴所受的电场力与重力再次达到相等或接近，进而继续保持静止或缓慢匀速运动。

在对雾滴进行观察测量时，雾滴达到平衡所需的电压值为待求量。而在该测量装置中，由于各个电场空间内的雾滴受到的电场力和重力的值十分接近，因此就平衡电压而言，只需做略微调整就能满足要求。这也顺便解决了传统仪器平衡电压难以调节的问题。通过齿轮齿条升降台调整CCD摄像头和摄像孔7的相对位置，从而完成对各个电场空间内的雾滴运动轨迹的拍摄记录。计算过程与传统的密立根油滴仪法相一致，打开视频截取软件，对所选择的雾滴进行带电量的观察测量。

与原有的密立根油滴仪相比，本发明通过构造多个不同的电场强度空间，实现了一次雾化条件下，对同等数量的雾滴带电量的快速测量。此外，由于平衡电压的调节是依靠逐次逼近法，而该装置中的带电雾滴所受的电场力和重力值接近，这就缩小了电压调节范围，减少了电压调节次数。上述说明仅是本发明技术的方案概述，为让本发明的目的、特征和优点更明显易懂，下文将配合附图做详细说明。

附图说明

图1是本发明测量装置的组合图，

图2是本发明工作电压与环形电极的接线图，

图3是环形电极与绝缘材料局部放大图。

1.雾滴孔2.环形电极3.铁氟龙绝缘材料4.绝缘雾滴盒5.弹簧压片6.底座7.摄像孔8.CCD电视显微镜9.齿轮齿条升降台

具体实施方式

正式开始测量前，带电雾滴经由雾滴孔1垂直下落，进入雾滴盒4。根据电场力和重力的相互关系，雾滴最终停留在不同的电场空间内。通过升降台9对CCD摄像头的位置进行调整，将其对准摄像孔7，调节CCD摄像机聚焦手轮，使电场空间内的带电雾滴集中在视野观察区，并能够清楚地观察到雾滴和刻度。在对带电雾滴进行观察选择时，应选择匀速运动的雾滴作为研究对象。若没有雾滴满足上述要求，则需对工作电压作略微调整即可获得所需的带电雾滴。通过视频截取软件按照从上到下的顺序依次对各个电场空间内的带电雾滴的运动轨迹进行录制。录制全部结束后，观察已录制的视频并记录雾滴匀速下降时所走路径以及花费的时间。按照传统密立根油滴仪法的计算过程，依次完成各个电场空间内所选雾滴带电量的测量(将平衡电压以及雾滴匀速下降的速度代入平衡方程:qE＝mg；mg＝F_r，式中F_r为粘滞阻力，且F_r＝6πμνr，μ为已知物理量。求取出雾滴半径进而求得所选雾滴的带电量)。

综上所述，该发明通过构建不同的电场空间，缩小了电压的调节范围，节约了测量所需时间。在一次雾化的条件下，实现了与电场空间个数等量的雾滴带电量的测量。

Claims (3)

1.一种基于密立根油滴仪的改进装置及其方法，其特征在于：材料、尺寸大小均相同的环形电极、铁氟龙绝缘材料、等梯度分布的绝缘雾滴盒；相邻环形电极之间通过铁氟龙绝缘材料相互隔离；成对环形电极之间通过绝缘雾滴盒相互支撑；最上层环形电极受到弹簧压片的压力，最下层环形电极受到底座的支持力，从而构成了整个系统的平衡。

2.根据权利要求1所述的一种基于密立根油滴仪的改进装置及其方法，其特征在于：从上至下依次将环形电极与工作电压的正、负极交替连接，成对环形电极之间便形成了相同电势差；由于绝缘雾滴盒的高度不同，因此电极之间形成了不同的电场强度；其中，所述的不同电场强度的数目可根据实际需要进行设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于密立根油滴仪的改进装置及其方法，其特征在于：通过齿轮齿条升降台调整CCD摄像头和测量装置上的摄像孔的相对位置，进而对各个电场空间内的带电雾滴的运动轨迹进行录制，并最终按照传统的密立根油滴仪试验的计算方法进行计算。