本发明专利技术提供了一种微气泡体积浓度测量系统，用于测量气液两相流中微气泡体积浓度。该系统包括采样模块、超声模块、气泡聚并模块、光电测量模块和分析软件。该系统的测量原理是通过蠕动泵提供抽吸力，使微气泡经采样管进入到超声场，在超声场的空化作用下加速聚并成较大的气泡，再经过气泡聚并模块进一步聚并成更大的气泡并以气柱的形态通过直径较小的测量管，根据测量管内气泡与液体对光折射率的差异(引起液体与气相的光电响应电压不同)来估计采样点处微气泡的体积浓度。本发明专利技术具有准确、快速和稳定的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气液两相流中微气泡体积浓度测量系统，具体涉及溶气气浮池内微气泡体积浓度的测量系统。
技术介绍
溶气气浮技术(Dissolvedairflotation，DAF)是一种固液分离技术，它具有处理效率高，启动时间短和占地面积小的特点，被广泛地应用于水处理领域。溶气气浮处理的效率不仅与微气泡尺寸有关，还与微气泡的体积浓度及其分布有关。总体上而言，微气泡的尺寸越小，体积浓度越大，则气泡与颗粒的接触概率越大，处理效率越高。气泡体积浓度的分布影响着气浮池内分离区的流型。随着第三代DAF-紊流DAF的开发，使得人们对气浮池内的流型更加重视，其中微气泡体积浓度与分离区内分层流(stratifiedflow)以及密度流有很大关系。因此精确测量微气泡体积浓度将有利于深化对分离区流型的认识和优化气浮池结构。目前气泡体积浓度(或气含率)的测量方法主要有：压差法、光纤法、电导法和电阻层析法等。压差法根据U型管或压差计来测量气泡引起的压差变化，进而估计气泡体积浓度。这种方法只适合测量平均气泡体积浓度，而且也不适合低气含率条件测量。光纤法根据气相和液相的反射指数差异来判断经过光纤探头附近是气泡还是液体，进而估计气泡体积浓度。由于微气泡浮选系统中的微气泡尺寸(10-150μm)小于光纤探头尺寸(100-200μm)，所以它不适用于微气泡系统。电导法根据电导探头不同，主要分成电导探针法和电导流动池法。电导探针法测量原理是通过电导探针刺入气泡时引起的电导差异来估计气泡体积浓度。由于探针尺寸的限制(大于50μm)，电导探针法也不适用微气泡情况。电导流动池法是基于麦克斯韦尔模型建立起气泡体积浓度与气液混合物电导率的数学关系式，根据这种数学关系式来估计气泡体积浓度。这种方法虽然可以用微气泡体积浓度测量，但因误差较大而不适合低气含率情况。电阻层析技术需要建立复杂模型，造价高，且也不适合复杂结构情况。因此，需要开发一种适合于微气泡体系的体积浓度测量系统。
技术实现思路
针对以上的问题，本专利技术的目的在于提供一种微气泡体积浓度测量系统，即通过蠕动泵(12)提供抽吸力，使微气泡经采样管(11)进入到超声模块(2)，在超声场的空化作用下加速聚并成较大的气泡，再经过气泡聚并模块(3)进一步聚并成更大的气泡并以气柱的形态通过直径较小的测量管(41)，根据测量管(41)内气泡与液体对光的折射率差异(引起液体与气相的光电响应电压不同)来估计采样点处微气泡的体积浓度。该装置通过设计超声模块(2)和气泡聚并模块(3)来快速增大测量管(41)内气泡尺寸，提高检测精度，特别适合低气泡体积浓度情况(如气含率＜5％)；采用光电测量模块(4)来快速有效地识别气泡和液体穿过光电探头的时间。该装置可以克服以往传统方法在测量微气泡体积浓度上的局限性，具有准确、快速和稳定的优点。本专利技术提供一种微气泡体积浓度测量系统，包括采样模块(1)、超声模块(2)、气泡聚并模块(3)、光电测量模块(4)和分析软件。采样模块(1)由采样管(11)和蠕动泵(12)组成，用于抽取气液混合液。超声模块(2)由超声波能换器(21)，超声波电源(22)和不锈钢水槽(23)组成，用于提供超声场，加速采样管(11)内微气泡聚并成小气泡。气泡聚并模块(3)由一个两端封闭的圆柱容器(31)构成，用于促进气泡进一步聚并成大气泡。光电测量模块(4)由测量管(41)、LED光源(42)、光电传感器(43)、供电电源模块(44)、信号调理模块(45)、数据采集卡(46)、计算机(47)和压力计(48)组成，用于光电信号的采集与记录。分析软件用于计算微气泡体积浓度。上述的测量系统中，采样管(11)内径为1-8mm，其一端置于采样点处，另一端管路浸入不锈钢水槽(23)后与圆柱容器(31)的进水管(32)相连；蠕动泵(12)通过控制转速来调节采样管(11)的采样速度，采样流体在不锈钢水槽(23)内的水力停留时间应在1-30s。上述的测量系统中，超声波能换器(21)安装在不锈钢水槽(23)底部，超声波电源(22)的发生频率应大于28KHz。上述的测量系统中，圆柱容器(31)以其轴向与水平方向呈0-45°夹角放置；进水管(32)和出水管(33)同处于圆柱容器(31)的一端，进水管(32)插入到圆柱容器(31)内部的长度不小于圆柱容器(31)高度的1/2；出水管(33)的内径为4-10mm，采用亲水性材料，并与圆柱容器(31)端面连接。上述的测量系统中，测量管(41)内径为0.5-2.5mm，采用透明材料，测量管(41)的一端与圆柱容器(31)的出水管(33)相连，另一端与蠕动泵(12)相连，测量管(41)的管壁开孔且与压力计(48)连接；LED光源(42)和光电传感器(43)分别安装在测量管(41)的两侧，都由供电电源模块(44)供电；光电传感器(43)输出的毫伏电压信号经信号调理模块(45)放大后，传送给数据采集卡(46)和计算机(47)；压力计(48)可采用压力表或压力传感器。上述的测量系统中，分析软件的设计思路是气泡或液体在穿过受LED光源(42)照射的测量管(41)时，因折射率差异导致光电传感器(43)输出不同高低的电压信号；根据这种内在的电压差异，对电压信号进行二值化得到气泡经过光电传感器(43)的时间(即气泡时间)，依据压力计(48)和关系式(tri＝triPm/Pt，其中ti是气泡时间，Pm为压力计测量得到的绝对压强，Pt为采样点的实际绝对压强，tri为修正后的气泡时间)来修正气泡时间，最后根据计算修正后积累的气泡时间占总测量时间比来估计气泡体积浓度。附图说明图1微气泡体积浓度测量系统示意图图2气泡聚并模块示意图图3测量管示意图图4电压信号处理与统计计算示意图具体实施方法以下列举1个实施例用于说明本专利技术的效果，但本专利技术的要求范围并非仅限于此。如图1，本专利技术提供了一种微气泡体积浓度测量系统，包括采样模块(1)、超声模块(2)、气泡聚并模块(3)、光电测量模块(4)和分析软件。该装置基于超声波空化作用加速微气泡聚并成较大的气泡，再经过气泡聚并模块(3)形成大气泡并以气柱的形态通过测量管(41)，由于折射率的差异导致气体与液体在经过光电传感器(43)时会产生不同的电压来估计采样点处微气泡的体积浓度。采样模块(1)包括采样管(11)和蠕动泵(12)。采样管(11)的内径为3mm，其一端置于采样点处，另一端管路浸入不锈钢水槽(23)后与圆柱容器(31)的进水管(32)相连。蠕动泵(12)通过控制转速来调节采样管(11)的采样速度，采样流体在不锈钢水槽(23)内的水力停留时间应在5s。超声模块(2)由超声波能换器(21)，超声波电源(22)和不锈钢水槽(23)构成。超声波能换器(21)安装在不锈钢水槽(23)底部，超声波电源(22)的发生频率为28KHz。气泡聚并模块(3)(见图2)包括了一个两端封闭的圆柱容器(31)，内径为2cm，长度为5cm。圆柱容器(31)以轴向与水平方向呈15度夹角放置。进水管(32)和出水管(33)同处于圆柱容器(31)的一端，进水管(32)插入到圆柱容器(31)内部的长度为4cm，出水管(33)的内径为6mm，采用玻璃材料，与圆柱容器(31)端面连接。光电测量模块(4)由测量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微气泡体积浓度测量系统，包括：采样模块(1)，由采样管(11)和蠕动泵(12)组成，用于抽取气液混合液；超声模块(2)，由超声波能换器(21)，超声波电源(22)和不锈钢水槽(23)组成，用于提供超声场；气泡聚并模块(3)，由一个两端封闭的圆柱容器(31)构成，用于促进气泡进一步聚并成大气泡；光电测量模块(4)，由测量管(41)、LED光源(42)、光电传感器(43)、供电电源模块(44)、信号调理模块(45)、数据采集卡(46)、计算机(47)和压力计(48)组成，用于光电信号的采集与记录；分析软件，用于计算微气泡体积浓度。
【技术特征摘要】
1.一种微气泡体积浓度测量系统，包括：采样模块(1)，由采样管(11)和蠕动泵(12)组成，用于抽取气液混合液；超声模块(2)，由超声波能换器(21)，超声波电源(22)和不锈钢水槽(23)组成，用于提供超声场；气泡聚并模块(3)，由一个两端封闭的圆柱容器(31)构成，用于促进气泡进一步聚并成大气泡；光电测量模块(4)，由测量管(41)、LED光源(42)、光电传感器(43)、供电电源模块(44)、信号调理模块(45)、数据采集卡(46)、计算机(47)和压力计(48)组成，用于光电信号的采集与记录；分析软件，用于计算微气泡体积浓度。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述的采样管(11)内径为1-8mm，其一端置于采样点处，另一端管路浸入不锈钢水槽(23)后与圆柱容器(31)的进水管(32)相连；蠕动泵(12)通过控制转速来调节采样管(11)的采样速度，采样流体在不锈钢水槽(23)内的水力停留时间应在1-30s。3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述的超声波能换器(21)安装在不锈钢水槽(23)底部，超声波电源(22)的发生频率应大于28KHz。4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述的圆柱容器(31)以其轴向方向与水平方向呈0-45°夹角放置；进水管(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文晖，翁良宇，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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