[發明專利]一種超聲波空化壓強的測量裝置及其測量方法

無效

• 申請號: 200810079995.X
• 申請日: 2008-11-29
• 公開（公告）號: CN101419108A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 王保成;張瑞珍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01L11/06
• 分類號: G01L11/06
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發明涉及一種測量液體中微泡空化壓強的裝置及其方法，尤其是一種用于動態液體中微泡在超聲波作用下空化壓強的測量裝置及其測量方法。

背景技術

超聲波空化是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動，當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。空化作用一般包括3個階段：空化泡的形成、長大和劇烈的崩潰。在液體中通入超聲波后，由于液體振動而產生數以萬計的微小氣泡，即空化泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區生長，而在正壓區迅速閉合，從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。在氣泡被壓縮直至崩潰的一瞬間，會產生巨大的瞬時壓力，一般可高達幾十兆帕至上百兆帕。

超聲空化效應在溶液內部使得液體產生高頻變化的機械運動，其加速度可達重力加速度的1500倍。高頻條件下液體局部的瞬時壓力發生很大的變化，在不同的時間和空間其空化強度也不同。近年來，隨著計算工具、測量技術的進步，人們對超聲作用下液體中空化泡的運動開展了大量的基礎研究，建立了不同的模型，對影響空化泡運動狀態以及空化泡內的壓力、傳遞特性等因素進行了模擬求解，從理論上獲得了一些重要的結論。但是由于實際中空化泡運動過程的復雜性和實驗條件的限制，人們對它的認識仍不完善，其模擬結果偏差較大，難以反映過程的真實情況。尤其在空化強度的實驗表征方面，由于測量儀器和傳感器等選擇方面的原因，只能測量到誤差較大的平均值。對于空化產生的較為精確的瞬時壓力值，到目前為止仍然未有行之有效的測量手段。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲波空化壓強的測量裝置及其測量方法，以解決定量測量超聲波瞬時空化壓強的問題。

本發明實現上述目的和解決上述問題的技術方案包含有計算機數據采集裝置、電荷放大器、超聲波發生儀、壓電石英力傳感器以及支架。該測量裝置是將壓電石英力傳感器設置在支架上，使其測量面正對超聲波發生儀的探頭，再將傳感器的信號線接入放大器的輸入端，放大器的輸出端連接到計算機數據采集系統。

本發明用于超聲波空化壓強的測量裝置的測量方法，其方法按下列步驟進行：

(1)將傳感器置入水中，使傳感器的測量面正對浸入水中的探頭底部，后通過支架上的旋扭調節其測量面與探頭的距離。

(2)調節電荷放大器的靈敏度，選定增益量程，設定上下限頻率，由計算機數據采集系統采集電荷放大器輸出的電信號。

(3)開啟超聲波發生儀進行測量，記錄并存儲電腦所顯示的電壓數據，調整超聲波發生儀的探頭到壓電石英力傳感器的距離，進行測量，得到電壓和時間的數據曲線。

(4)根據電壓和時間的數據曲線進行壓力和電壓換算，即得到超聲波空化壓強值。

本發明超聲波空化壓強的測量裝置及其測量方法，通過壓電石英力傳感器，采用計算機快速進行多點采集數據，探索出一種傳感器及其輔助數據采集系統，對超聲波在水中產生的空化強度進行全程實時監控，得到全部實時動態變化曲線，結合設備的物理力學性質，從而測量出真實的空化壓力。這對于從根本上解決聲化學以及水電設備的空化腐蝕問題提供了真實的第一手基礎性數據。

本發明突破了傳統監測方法的局限性，擴大了測試范圍，由原來的空化強度的平均值監測拓展為瞬時、長時、實時、動態監測，既可以測定瞬時值又可以獲得平均值，提高了測試儀器的適用范圍，保證了測量的準確度。

本發明超聲波空化壓強的測量裝置具有結構剛度大、體積小、重量輕、固有頻率高(通常在幾十千赫以上)等特點。

本發明用于超聲波空化壓強的測量裝置的測量方法，簡單便捷、可靠準確，適用于聲化學反應、設備空化腐蝕以及水中微小氣泡潰滅所引起液體的物理性質和化學性質的變化研究。

附圖說明

圖1是本發明的監測裝置結構示意圖

圖2是本發明的傳感器結構示意圖

圖3是本發明壓電石英力傳感器輸出電壓與采集點數的曲線圖

圖4是本發明壓電石英力傳感器峰值輸出電壓的曲線圖

圖5是本發明空化壓力和壓電石英力傳感器距離的曲線圖

圖中：1：電荷放大器???2：計算機數據采集裝置??3：超聲波發生儀??4：壓電石英力傳感器??5：支架??6：旋扭??7：容器??8：探頭??9：信號線

具體實施方式

下面通過具體實施例能夠對本發明的具體實施方式作出進一步的詳細說明，本專業的普通技術人員在閱讀了本發明的具體實施例后，能夠理解和實施本發明。

實施例1