多换能器协同声化学反应场实验装置及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超声波声化学领域，尤其涉及一种多换能器协同声化学反应场实验装置及其工作方法。
【背景技术】
[0002]声化学，是利用超声波来加速化学反应，提高化学产率的学科。声化学反应主要源于声空化，液体中的微小泡核在超声的作用下，振荡、生长、溃灭的过程中释放能量，形成局部的5000K以上高温以及50MPa高压。形成特殊的反应环境，为一些化学反应提供更好的条件。
[0003]利用超声波辅助化学的方式已经应用于许多领域:
[0004]农药的降解，超声波对除草剂氯苯胺灵、灭多威、乙酰甲胺磷等许多农药都有降解效果，且降解后二次污染少。
[0005]染料的降解，超声波可以对许多染料进行降解。以酸性偶氮染料为例，降解率可以达到43%，超声波与氧化作用协同作用能产生比单独氧化作用更好的效果，与NaCl、双氧水协同作用，偶氮染料降解率最高可以达到近90%。
[0006]造纸黒液的降解，利用超声波对造纸黒液进行降解的研究有很多，例如超声波与厌氧发酵联合方法对碱性草浆黑液进行处理，COD总去除率可达57%?69%，去除效果好。
[0007]许多研究都表明，声化学反应时，频率、功率对声化学反应有很大影响，不同的换能器的组合也将对声化学反应结果产生影响。因此，找到正确的换能器参数以及换能器组合方式能使声化学的产量最优化。可以通过超声波声场以及声化学反应分布场对声化学反应进行研究，找到最佳的换能器参数以及换能器组合方式。目前能够比较全面的研究各种形式的换能器组合的超声波声场及声化学分布场的实验装置及方法尚未见报，但对研究声化学反应、优化超声参数、优化超声换能器组合方式有重要意义。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种多换能器协同声化学反应场实验装置及其工作方法，以实现各种形式(贴于反应器底部、侧面、投入液体中，三种形式)的换能器的组合工作，可以满足对不同的换能器单独或组合作用时的声场及声化学反应分布场进行研究，并且能够对反应器中的声场及声化学分布场进行获取。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多换能器协同声化学反应场实验装置，包括:反应器、该反应器内设有若干换能器，以及各换能器分别由多组超声信号产生器控制，且发出相应超声波。
[0010]进一步，在所述若干换能器中，一中间换能器通过三轴定位装置插入反应器内，另一换能器位于所述反应器底部，其余换能器均匀且等高分布于反应器的各内侧壁上。
[0011]进一步，所述三轴定位装置包括:由X轴、Y轴、Z轴构成的三轴导轨，所述中间换能器通过旋转关节吊装在Z轴导轨上，且X轴、Y轴、Z轴相应导轨分别由相应丝杆机构驱动，以带动中间换能器沿X轴、Y轴、Z轴方向在反应器内移动；并且在与Z轴相连的旋转关节的转轴处安装有适于驱动中间换能器调整工作角度的驱动电机；各信号发生器、各丝杆机构以及驱动电机均由控制模块控制。
[0012]进一步，所述反应器内还设有若干电热管，以及温度传感器、反应器水位传感器，以及所述Z轴导轨上安装有中间水位传感器；所述温度传感器、反应器水位传感器、中间水位传感器的信号输出端分别与控制模块的信号采集端相连，所述控制模块适于通过继电器控制电热管加热。
[0013]进一步，所述反应器的一侧面安装有透视窗，一摄像装置通过该透视窗拍摄反应器内反应情况，；所述控制模块控制各换能器，和/或三轴定位装置、和/或电热管工作，以获得各种组合形式下相应换能器、和/或三轴定位装置、和/或电热管的工作参数。
[0014]进一步，所述控制模块还与显示模块、按键模块相连；所述反应器水位传感器、中间水位传感器适于输出模拟信号，即反应器水位传感器、中间水位传感器的输出端分别与相应的比较电路相连，所述比较电路适于根据反应器水位传感器或中间水位传感器的输出电平判断反应器内水位，将输出的判断电平发送至控制模块。若水位低于水位传感器，则换能器不工作，起到保护换能器的作用。
[0015]又一方面，本发明还提供了一种多换能器协同声化学反应场实验装置的工作方法，包括如下步骤:
[0016]步骤SI，选择反应器内相应换能器，并设定所选定换能器的工作参数；以及步骤S2，启动选定换能器，拍摄反应器内反应情况获取声化学反应场信息，且获得与该反应相匹配的换能器的工作参数。
[0017]进一步，所述步骤SI还包括:调节反应器内温度参数；所述步骤S2还包括:获得与反应相匹配的温度参数。
[0018]进一步，在所述反应器内的各换能器中，一中间换能器通过三轴定位装置插入反应器内，另一换能器位于所述反应器底部，其余换能器均匀且等高分布于反应器的各内侧壁上；所述三轴定位装置包括:由X轴、Y轴、Z轴构成的三轴导轨，所述中间换能器通过旋转关节吊装在Z轴导轨上，且X轴、Y轴、Z轴相应导轨分别由相应丝杆机构驱动，以带动中间换能器沿X轴、Y轴、Z轴方向在反应器内移动；并且旋转关节的转轴处安装有适于驱动中间换能器调整工作角度的驱动电机；各信号发生器、各丝杆机构以及驱动电机均由控制模块控制；
[0019]所述步骤SI中选定换能器包括中间换能器，且选定换能器的工作参数包括中间换能器在所述反应器内的位置参数，以及该中间换能器的工作角度。
[0020]进一步，所述反应器内还设有温度传感器、反应器水位传感器，及Z轴导轨上设有中间水位传感器，所述温度传感器、反应器水位传感器、中间水位传感器的信号输出端分别与控制模块的信号采集端相连；所述步骤S2还包括:启动选定换能器前获取水位信息，确认水位超过换能器之后启动换能器；以及所述控制模块通过继电器控制电热管加热，以调节反应器内温度参数。
[0021]本发明的有益效果是，本发明的多换能器协同声化学反应场实验装置及其工作方法通过信号发生器参数等方式，调整超声波参数；并通过核心控制器，控制换能器工作或不工作；通过三轴定位装置，调整第一换能器位置及角度。通过以上的变化，可研究不同形式的超声波单独或共同作用产生的声场以及声化学反应场。
【附图说明】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023]图1是本发明的多换能器协同声化学反应场实验装置的原理框图；
[0024]图2是本发明的多换能器协同声化学反应场实验装置的结构示意图；
[0025]图3是本发明的三轴定位装置的结构示意图；
[0026]图4是本发明的比较电路的电路图。
[0027]图中:反应器1、换能器2、电热管3、温度传感器4、透视窗5、三轴定位装置6、X轴601、Y轴602、Z轴603、旋转关节604。
【具体实施方式】
[0028]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本发明的一种多换能器协同声化学反应场实验装置，包括:反应器1、该反应器I内设有若干换能器2，以及通过各换能器2分别由多组超声信号产生器控制，且发出相应超声波。
[0031]具体的，多组超声信号产生器适于输出多路超声信号，且分别通过相应功率放大器驱动换能器，且各信号发生器分别由控制模块控制，所述控制模块例如但不限于采用MSP430F149单片机，多组超声信号产生器例如但不限于采用SG3525控制芯片，且通过调节该SG3525控制芯片第6脚电阻值可调整超声信号频率。
[0032]可选的，所述反应器I可以采用不锈钢等抗氧化材料制成。
[0033]从图2中可以看出，本实施例采用6个换能器，具体分布如下:
[0034]在所述若干换能器中，一中间换能器通过三轴定位装置6插入反应器I内，另一换能器位于所述反应器I底部，其余换能器均匀且等高分布于反应器I的各内侧壁上。
[0035]如图3所示，所述三轴定位装置6包括:由X轴601、Y轴602、Z轴603构成的三轴导轨，所述中间换能器通过旋转关节604吊装在Z轴603导轨上，且X轴601、Y轴602、Z轴603相应导轨分别由相应丝杆机构驱动，以带动中间换能器沿X轴601、Y轴602、Z轴603方向在反应器I内移动；并且在与Z轴603相连的旋转关节604的转轴处安装有适于驱动中间换能器调整工作角度的驱动电机；各信号发生器、各丝杆机构以及驱动电机均由控制模块控制。
[0036]并且在所述Z轴603内还安装有适于控制中间换能器水平旋转的驱动电机，以实现中间换能器的全方位工作角度调整。
[0037]所述反应器I内还设有若干电热管3，以及温度传感器4、反应器I水位传感器，以及所述Z轴603导轨上安装有中间水位传感器；所述温度传感器4、反应器I水位传感器、中间水位传感器的信号输出端分别与控制模块的信号采集端相连，所述控制模块适于通过继电器控制电热管3加热。
[0038]通过反应器I水位传感器、中间水位传感器能有效的保护换能器