一种静电雾化液滴带电量的检测装置的制作方法

本发明涉及静电雾化技术领域，具体涉及一种静电雾化液滴带电量的检测装置。

背景技术：

静电雾化技术在静电喷涂、喷墨印刷、液体燃料的雾化、电推进、荷电水雾除尘、农药喷洒、电喷雾电离质谱、水雾灭火、静电纺丝等领域获得了广泛应用。在静电雾化过程中，液滴带电量直接影响到雾化液滴颗粒大小和液滴雾化效率，准确测量液滴带电量可为静电雾化装置的性能评价和优化设计提供参考依据。因此，有必要开发一种结构简单、操作方便、测量准确且能够满足在线测量要求的静电雾化液滴带电量的检测装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种静电雾化液滴带电量的检测装置，该检测装置结构简单、操作方便，采用非接触式测量方式，不破坏液滴本身的物理特性，能够准确地在线测量液滴带电量。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

一种静电雾化感应荷电液滴带电量的检测装置，该检测装置包括储液罐、水泵、喷嘴、一对呈平行布置的高压电极、成像系统、计算机，喷嘴依次与水泵和储液罐相连通；喷嘴口位于一对高压电极之间；成像系统位于高压电极的一侧，并与计算机相连接；喷嘴产生的液滴在高压电极形成的高压静电场作用下感应荷电，形成感应荷电液滴；成像系统感记录感应荷电液滴离开喷嘴后的曲线运动轨迹，并将该曲线运动轨迹的图片和视频传输至计算机，计算机计算出感应荷电液滴的带电量。

所述成像系统通过USB接口将其获取的感应荷电液滴曲线运动轨迹的图片和视频传输至计算机。

所述成像系统由高速相机和用于支撑高速相机的相机支架组成。

所述高速相机的帧率在3000fps以上。

所述高速相机的镜头中心垂直于所述一对高压电极所在平面。

所述喷嘴与水泵之间还设有用于控制液体流速的流量阀。

所述喷嘴通过水管与流量阀相连通。

与现有技术相比，本发明采用非接触式测量方式，通过高速相机记录感应荷电液滴的运动轨迹，不改变液体荷电状态，利用运动方程和力学方程计算得出液滴带电量，能够得到准确的在线测量结果；结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

图2是本发明中成像系统的组成示意图。

图3是本发明中感应荷电液滴的运动轨迹示意图。

图4是本发明中感应荷电液滴的受力分析图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式，图中相同的结构和功能的器件已用相同的附图标记标出，附图只是用于帮助解释本发明，并不代表本发明范围的限制，同时，附图并未按比例画出。

如图1和图2所示，一种静电雾化液滴带电量检测装置，包括储液罐1、水泵2、流量阀3、水管4、喷嘴5、一对高压电极6、成像装置7和计算机8。

所述喷嘴5用于形成液滴，依次经水管4、流量阀3和水泵3，与储液罐1相连通。

所述一对高压电极6用于形成高压静电场，呈平行布置，喷嘴5设置于一对高压电极6之间。喷嘴5产生的液滴在高压电极6形成的高压静电场作用下感应荷电，形成感应荷电液滴；感应荷电液滴离开喷嘴5后，在重力、浮力和电场力的作用下作曲线运动。

所述成像系统7用于记录感应荷电液滴离开喷嘴5后的曲线运动轨迹，并将该曲线运动轨迹的图片和视频通过USB接口传输至计算机8。具体实施例中，成像系统7由高速相机71和相机支架72组成，见图2；高速相机71的帧率在3000fps以上；成像系统7工作时，通过调节相机支架72，来确保高速相机71的镜头中心垂直于所述一对高压电极6的所在平面。

所述计算机8通过感应荷电液滴的曲线运动轨迹图片和视频，计算其带电量。如图3、4所示，液滴在高压电极6形成的高压静电场作用下感应荷电，感应荷电液滴在脱离喷嘴5后，受到重力、浮力和电场力的共同作用，作曲线运动，高速相机71记录下其运动轨迹，通过高速相机71获取的感应荷电液滴图片，可以得到相邻时刻感应荷电液滴的位置9、10。根据液滴相邻时刻的位置关系，可列出如下方程：

F_垂直＝F_E×cosθ+F_浮-mg

其中：F_浮＝ρ_空×V_水滴，V_水滴是液滴的体积，ρ_空表示空气的密度，m＝ρ×V_水滴，g为重力常数，F_E＝Q_水滴×E，电场强度E可以通过不同的电场分布规律进行具体计算。

Q_水滴为随时间t变化的量，用函数Q(t)表示，θ与d在高速摄像条件下可直接通过观测得到。

所以，F_垂直＝Q(t)×E×cosθ+F_浮-mg

根据牛顿第二定律，有a＝F/m

在高速摄像状态下，可将两次曝光时间Δt内的水滴位移(垂直方向)视为匀速运动，通过S_n＝V_n×Δt可求得V₁、V₂......V_n。

V_n-V_n-1即为水滴在第n个时间单位内的加速度a_n。

通过a_n与t的对应关系，可求得离散函数a(t)。

综上可知，Q(t)＝{[a(t)+g]m-F_浮}/E×cosθ。

值得说明的是，上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范同之外。