多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲波聲化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聲化學(xué)，是利用超聲波來加速化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué)產(chǎn)率的學(xué)科。聲化學(xué)反應(yīng)主要源于聲空化，液體中的微小泡核在超聲的作用下，振蕩、生長、潰滅的過程中釋放能量，形成局部的5000K以上高溫以及50MPa高壓。形成特殊的反應(yīng)環(huán)境，為一些化學(xué)反應(yīng)提供更好的條件。
[0003]利用超聲波輔助化學(xué)的方式已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域:
[0004]農(nóng)藥的降解，超聲波對除草劑氯苯胺靈、滅多威、乙酰甲胺磷等許多農(nóng)藥都有降解效果，且降解后二次污染少。
[0005]染料的降解，超聲波可以對許多染料進(jìn)行降解。以酸性偶氮染料為例，降解率可以達(dá)到43%，超聲波與氧化作用協(xié)同作用能產(chǎn)生比單獨(dú)氧化作用更好的效果，與NaCl、雙氧水協(xié)同作用，偶氮染料降解率最高可以達(dá)到近90%。
[0006]造紙黒液的降解，利用超聲波對造紙黒液進(jìn)行降解的研究有很多，例如超聲波與厭氧發(fā)酵聯(lián)合方法對堿性草漿黑液進(jìn)行處理，COD總?cè)コ士蛇_(dá)57%?69%，去除效果好。
[0007]許多研究都表明，聲化學(xué)反應(yīng)時(shí)，頻率、功率對聲化學(xué)反應(yīng)有很大影響，不同的換能器的組合也將對聲化學(xué)反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，找到正確的換能器參數(shù)以及換能器組合方式能使聲化學(xué)的產(chǎn)量最優(yōu)化。可以通過超聲波聲場以及聲化學(xué)反應(yīng)分布場對聲化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行研究，找到最佳的換能器參數(shù)以及換能器組合方式。目前能夠比較全面的研究各種形式的換能器組合的超聲波聲場及聲化學(xué)分布場的實(shí)驗(yàn)裝置及方法尚未見報(bào)，但對研究聲化學(xué)反應(yīng)、優(yōu)化超聲參數(shù)、優(yōu)化超聲換能器組合方式有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置及其工作方法，以實(shí)現(xiàn)各種形式(貼于反應(yīng)器底部、側(cè)面、投入液體中，三種形式)的換能器的組合工作，可以滿足對不同的換能器單獨(dú)或組合作用時(shí)的聲場及聲化學(xué)反應(yīng)分布場進(jìn)行研究，并且能夠?qū)Ψ磻?yīng)器中的聲場及聲化學(xué)分布場進(jìn)行獲取。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置，包括:反應(yīng)器、該反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有若干換能器，以及各換能器分別由多組超聲信號(hào)產(chǎn)生器控制，且發(fā)出相應(yīng)超聲波。
[0010]進(jìn)一步，在所述若干換能器中，一中間換能器通過三軸定位裝置插入反應(yīng)器內(nèi)，另一換能器位于所述反應(yīng)器底部，其余換能器均勻且等高分布于反應(yīng)器的各內(nèi)側(cè)壁上。
[0011]進(jìn)一步，所述三軸定位裝置包括:由X軸、Y軸、Z軸構(gòu)成的三軸導(dǎo)軌，所述中間換能器通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)吊裝在Z軸導(dǎo)軌上，且X軸、Y軸、Z軸相應(yīng)導(dǎo)軌分別由相應(yīng)絲桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以帶動(dòng)中間換能器沿X軸、Y軸、Z軸方向在反應(yīng)器內(nèi)移動(dòng)；并且在與Z軸相連的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸處安裝有適于驅(qū)動(dòng)中間換能器調(diào)整工作角度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；各信號(hào)發(fā)生器、各絲桿機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)均由控制模塊控制。
[0012]進(jìn)一步，所述反應(yīng)器內(nèi)還設(shè)有若干電熱管，以及溫度傳感器、反應(yīng)器水位傳感器，以及所述Z軸導(dǎo)軌上安裝有中間水位傳感器；所述溫度傳感器、反應(yīng)器水位傳感器、中間水位傳感器的信號(hào)輸出端分別與控制模塊的信號(hào)采集端相連，所述控制模塊適于通過繼電器控制電熱管加熱。
[0013]進(jìn)一步，所述反應(yīng)器的一側(cè)面安裝有透視窗，一攝像裝置通過該透視窗拍攝反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)情況，；所述控制模塊控制各換能器，和/或三軸定位裝置、和/或電熱管工作，以獲得各種組合形式下相應(yīng)換能器、和/或三軸定位裝置、和/或電熱管的工作參數(shù)。
[0014]進(jìn)一步，所述控制模塊還與顯示模塊、按鍵模塊相連；所述反應(yīng)器水位傳感器、中間水位傳感器適于輸出模擬信號(hào)，即反應(yīng)器水位傳感器、中間水位傳感器的輸出端分別與相應(yīng)的比較電路相連，所述比較電路適于根據(jù)反應(yīng)器水位傳感器或中間水位傳感器的輸出電平判斷反應(yīng)器內(nèi)水位，將輸出的判斷電平發(fā)送至控制模塊。若水位低于水位傳感器，則換能器不工作，起到保護(hù)換能器的作用。
[0015]又一方面，本發(fā)明還提供了一種多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置的工作方法，包括如下步驟:
[0016]步驟SI，選擇反應(yīng)器內(nèi)相應(yīng)換能器，并設(shè)定所選定換能器的工作參數(shù)；以及步驟S2，啟動(dòng)選定換能器，拍攝反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)情況獲取聲化學(xué)反應(yīng)場信息，且獲得與該反應(yīng)相匹配的換能器的工作參數(shù)。
[0017]進(jìn)一步，所述步驟SI還包括:調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溫度參數(shù)；所述步驟S2還包括:獲得與反應(yīng)相匹配的溫度參數(shù)。
[0018]進(jìn)一步，在所述反應(yīng)器內(nèi)的各換能器中，一中間換能器通過三軸定位裝置插入反應(yīng)器內(nèi)，另一換能器位于所述反應(yīng)器底部，其余換能器均勻且等高分布于反應(yīng)器的各內(nèi)側(cè)壁上；所述三軸定位裝置包括:由X軸、Y軸、Z軸構(gòu)成的三軸導(dǎo)軌，所述中間換能器通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)吊裝在Z軸導(dǎo)軌上，且X軸、Y軸、Z軸相應(yīng)導(dǎo)軌分別由相應(yīng)絲桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以帶動(dòng)中間換能器沿X軸、Y軸、Z軸方向在反應(yīng)器內(nèi)移動(dòng)；并且旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸處安裝有適于驅(qū)動(dòng)中間換能器調(diào)整工作角度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；各信號(hào)發(fā)生器、各絲桿機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)均由控制模塊控制；
[0019]所述步驟SI中選定換能器包括中間換能器，且選定換能器的工作參數(shù)包括中間換能器在所述反應(yīng)器內(nèi)的位置參數(shù)，以及該中間換能器的工作角度。
[0020]進(jìn)一步，所述反應(yīng)器內(nèi)還設(shè)有溫度傳感器、反應(yīng)器水位傳感器，及Z軸導(dǎo)軌上設(shè)有中間水位傳感器，所述溫度傳感器、反應(yīng)器水位傳感器、中間水位傳感器的信號(hào)輸出端分別與控制模塊的信號(hào)采集端相連；所述步驟S2還包括:啟動(dòng)選定換能器前獲取水位信息，確認(rèn)水位超過換能器之后啟動(dòng)換能器；以及所述控制模塊通過繼電器控制電熱管加熱，以調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溫度參數(shù)。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置及其工作方法通過信號(hào)發(fā)生器參數(shù)等方式，調(diào)整超聲波參數(shù)；并通過核心控制器，控制換能器工作或不工作；通過三軸定位裝置，調(diào)整第一換能器位置及角度。通過以上的變化，可研究不同形式的超聲波單獨(dú)或共同作用產(chǎn)生的聲場以及聲化學(xué)反應(yīng)場。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0023]圖1是本發(fā)明的多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置的原理框圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的三軸定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明的比較電路的電路圖。
[0027]圖中:反應(yīng)器1、換能器2、電熱管3、溫度傳感器4、透視窗5、三軸定位裝置6、X軸601、Y軸602、Z軸603、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)604。
【具體實(shí)施方式】
[0028]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的一種多換能器協(xié)同聲化學(xué)反應(yīng)場實(shí)驗(yàn)裝置，包括:反應(yīng)器1、該反應(yīng)器I內(nèi)設(shè)有若干換能器2，以及通過各換能器2分別由多組超聲信號(hào)產(chǎn)生器控制，且發(fā)出相應(yīng)超聲波。
[0031]具體的，多組超聲信號(hào)產(chǎn)生器適于輸出多路超聲信號(hào)，且分別通過相應(yīng)功率放大器驅(qū)動(dòng)換能器，且各信號(hào)發(fā)生器分別由控制模塊控制，所述控制模塊例如但不限于采用MSP430F149單片機(jī)，多組超聲信號(hào)產(chǎn)生器例如但不限于采用SG3525控制芯片，且通過調(diào)節(jié)該SG3525控制芯片第6腳電阻值可調(diào)整超聲信號(hào)頻率。
[0032]可選的，所述反應(yīng)器I可以采用不銹鋼等抗氧化材料制成。
[0033]從圖2中可以看出，本實(shí)施例采用6個(gè)換能器，具體分布如下:
[0034]在所述若干換能器中，一中間換能器通過三軸定位裝置6插入反應(yīng)器I內(nèi)，另一換能器位于所述反應(yīng)器I底部，其余換能器均勻且等高分布于反應(yīng)器I的各內(nèi)側(cè)壁上。
[0035]如圖3所示，所述三軸定位裝置6包括:由X軸601、Y軸602、Z軸603構(gòu)成的三軸導(dǎo)軌，所述中間換能器通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)604吊裝在Z軸603導(dǎo)軌上，且X軸601、Y軸602、Z軸603相應(yīng)導(dǎo)軌分別由相應(yīng)絲桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以帶動(dòng)中間換能器沿X軸601、Y軸602、Z軸603方向在反應(yīng)器I內(nèi)移動(dòng)；并且在與Z軸603相連的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)604的轉(zhuǎn)軸處安裝有適于驅(qū)動(dòng)中間換能器調(diào)整工作角度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；各信號(hào)發(fā)生器、各絲桿機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)均由控制模塊控制。
[0036]并且在所述Z軸603內(nèi)還安裝有適于控制中間換能器水平旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)中間換能器的全方位工作角度調(diào)整。
[0037]所述反應(yīng)器I內(nèi)還設(shè)有若干電熱管3，以及溫度傳感器4、反應(yīng)器I水位傳感器，以及所述Z軸603導(dǎo)軌上安裝有中間水位傳感器；所述溫度傳感器4、反應(yīng)器I水位傳感器、中間水位傳感器的信號(hào)輸出端分別與控制模塊的信號(hào)采集端相連，所述控制模塊適于通過繼電器控制電熱管3加熱。
[0038]通過反應(yīng)器I水位傳感器、中間水位傳感器能有效的保護(hù)換能器