Содержание к диссертации
Введение
1 Принцип работы колар систем 15
1.1 Анализ рефракционных методов 15
1.2 Теория КОЛАР метода 17
1.3 Требования к источникам излучения 23
1.4 Требования к приемникам излучения 25
1.5 Требования к компьютеру и программным средствам 31
1.6 Выводы по первой главе 33
2 Расчет оптических систем формирования лазерной плоскости 35
2.1 Оптические системы формирования лазерной плоскости 35
2.2 Расчет оптической системы формирования ЛП 37
2.2.1 Однолинзовая оптическая система 37
2.2.2 Двухлинзовая оптическая система 47
2.3 Программная реализация алгоритма расчета лазерной плоскости 51
2.3.1 Программа Laser Sheet 51
2.3.2 Методика расчета параметров оптической системы с помощью программы LaserSheet 54
2.3.3 Тестирование программы LASER SHEET 57
2.4 Выводы к главе 61
3 Выбор приемной цифровой системы 63
3.1 Анализ характеристик цифровых фотоприемных систем 63
3.1.1 Общие сведения 63
3.1.2 ЧувствительностьПЗС 71
3.2 Выбор цифровых фотоприемных систем 78
3.2.1 Методика тестирования 78
3.2.2 Результаты визуального сравнения 79
3.3 Выводы к главе 82
4 Алгоритмы и программы обработки рефракционных изображений 84
4.1 Анализ методов и алгоритмов обработки дискретных/цифровых изображений 84
4.1.1. Обработка изображений, предназначенных для зрительного восприятия или автоматического анализа 84
4.1.2 Алгоритмы обработки изображений 88
4.2 Программное обеспечение для обработки рефракционных картин 96
4.2.1 Блок определения центра лазерного пучка программы Image Center 96
4.2.2 Блок определение профиля лазерной плоскости программы Image Center 102
4.2.3 Алгоритм и программная реализация определения уширения лазерной плоскости Width Measure 106
4.3 Выводы к главе 108
5 Исследование колар систем 110
5.1 Определение центра лазерного пучка 110
5.1.1 Влияние смещения центра лазерного пучка на точность определения его центра
5.1.2 Влияние радиуса лазерного пучка на точность определения его центра 111
5.1.3 Влияние шумов на точность определения центра лазерного пучка „113
5.1.4 Рекомендации к проведению экспериментов 117
5.1.5 Примеры обработки экспериментальных изображений в программе 118
5.2 Определение смещения ЛПл 120
5.3 Определение толщины лазерной плоскости 122
5.3.1. Понятие времени перемешивания 122
5.3.2 Результаты обработки рефракционных картин 125
5.3.3 Метод двух скрещенных лазерных плоскостей 129
5.4 Выводы к главе 130
Заключение 132
Список использованных источников
- Требования к источникам излучения
- Однолинзовая оптическая система
- Выбор цифровых фотоприемных систем
- Программное обеспечение для обработки рефракционных картин
Введение к работе
Оптические методы исследования аэрогидродинамических потоков относятся к старейшим методам [1—3], без которых были бы невозможными современные достижения в аэрогидродинамике. Несмотря на большие успехи численных методов решения задач механики жидкости и газа экспериментальные оптические методы не утратили своего значения, особенно при проверке гипотез, заложенных в основу моделирования.
Для исследования потоков современная гидроаэродинамика располагает обширным арсеналом оптических методов, основанных на использовании различных физических эффектов: рассеяния света на частицах, эффекта Доплера, эффекта рефракции и других [1,4-9]. На базе этих методов были разработаны различные оптико-электронные системы диагностики потоков. В настоящее время наибольшее распространение получили теневые приборы для исследования ударных волн в аэродинамике и лазерные доплеровские анемометры, предназначенные для локальной диагностики скоростной структуры потоков [4, 5].
Например, в задачах теплопередачи для визуализации температурного поля можно использовать зависимость показателя преломления от температуры [2]. По сравнению с другими методами измерения оптические методы здесь обладают значительными преимуществами. Прежде всего, эти измерения не искажают температурного поля, поскольку в большинстве случаев энергия, поглощаемая средой, мала по сравнению с энергией, передаваемой в процессе теплообмена. Кроме того, оптические методы практически не имеют инерционных погрешностей, что позволяет выполнять точные измерения быстропротекающих процессов. Это преимущество достигается благодаря возможности регистрации всего температурного поля на одной фотографии. Такие измерения часто обеспечивают более высокую точность и чувствительность, чем, например, калометрические измерения или измерения поля температур термопарами.
В настоящее время большее количество устройств работает на принципе перемешивания жидкостей в вихревых потоках. Перемешивание применяют с целью получения растворов, дисперсных систем или для интенсификации процессов химического превращения, массо- и теплопереноса. Качество перемешивания в химическом реакторе является важным параметром, определяющим максимальное условие его работы. Потребляемая мощность и время перемешивания являются теми параметрами, которые позволяют подойти к оценке эффективности процесса. При одной и той же потребляемой мощности, наиболее эффективным является тот химический реактор, который обладает наименьшим временем перемешивания. Так же актуальной является задача восстановления параметров среды после произведенного внешнего воздействия, например, добавление жидкости с другой температурой или помещение в поток нагретого тела. Структура потоков, формирующихся в подобных аппаратах, весьма сложна и зависит от геометрии аппарата, наличии типа перемешивающего устройства, наличия внутренних элементов, гидродинамического решения работы и т.д. Изучение структуры потоков позволяет глубже понять природу и механизм протекающих процессов, выявить и оценить влияние различных гидродинамических и конструктивных особенностей на формирование необходимой структуры потока жидкости.
Расчет тепло- и массообменных характеристик аппаратов с закрученными потоками в настоящее время проводится с большими затратами компьютерного времени и недостаточно эффективен ввиду сложной трехмерной гидродинамической структуры потоков, которая зависит от типа устройства и гидродинамического режима работы.
Лазерная визуализация структуры закрученных потоков в различных устройствах позволяет глубже понять природу и механизм изучаемого явления, выявить и оценить влияние различных гидродинамических и конструктивных особенностей аппаратов на формирование необходимой структуры закрученного потока.
Оптические методы имеют также и недостатки. Исследуемая среда должна быть прозрачной. Чтобы полученные фотографии были пригодны для точной обработки, физические размеры системы должны быть сравнительно малыми. Если среда отличается от атмосферного воздуха, требуется замкнутая система, причем с двух сторон камера должна иметь стекла с высокими оптическими свойствами. Оптические методы, по сути, дают поле показателей преломления, которое путем последующих расчетов преобразуется в поле температур. Таким образом, подобно всем другим методам измерений, оптические методы имеют определенные области применения.
Лазерные методы все время совершенствуются в связи с появлением новых источников излучения, новых оптических элементов и новых способов обработки информации. Наибольшее влияние на развитие оптических методов оказывает современная вычислительная техника совместно с цифровой техникой регистрации оптических изображений, что позволяет не только увеличить объем получаемой информации, но приступить к построению двухмерных и трехмерных картин визуализации потоков, которые раньше были невозможны [6].
Современный этап развития лазерных измерительных систем характеризуется переходом от локальных измерений скорости и размеров частиц к измерениям различных параметров в выбранном сечении потока [7]. Для этих целей исследуемый поток зондируется не узкими лазерными пучками как в лазерном доплеровском методе, а тонким и широким лазерным пучком специального вида - лазерной плоскостью. Регистрация рассеянного излучения движущимися в потоке частицами с помощью цифровой видеокамеры с последующей компьютерной обработкой картин изображения потока позволяет получить поле скоростей частиц в выбранном сечении. Этот метод называется лазерная анемометрия по изображениям частиц. В иностранной литературе он называется PIV-методом [8, 9].
Представленная диссертация посвящена разработке и расчету оптико-электронных систем диагностики потоков жидкости и газа, основанных на явлении рефракции лазерной плоскости в оптически неоднородных средах. Основными элементами данных систем являются: когерентные источники излучения — лазеры, блок формирования лазерного пучка специальной формы (лазерной плоскости), фотоприемный блок на основе ПЗС матрицы, компьютер класса Пентиум IV-ro поколения и пакет прикладных программ. Разрабатываемые оптико-электронные системы предназначены для определения пространственных градиентов параметров исследуемого потока в выбранном сечении (2Б-диагно етика) и используют научные достижения современных методов компьютерной обработки изображений [10].
В настоящее время методы лазерной диагностики потоков переживают свое второе рождение. В связи с появлением цифровых видеокамер на ПЗС структуре и мощных компьютеров, стало возможным решение задач, которые раньше не могли быть решены в силу технических ограничений. В данной работе поставлена задача разработки и расчета новейших оптико-электронных систем диагностики потоков, включающих в себя систему формирования зондирующего излучения, цифровые видеокамеры и специализированное программное обеспечение. Задача включает в себя разработку, как методики визуализации протекающих в потоках процессов, так и алгоритмов и программных реализаций методов обработки получаемых картин визуализации для получения численных результатов.
Требования к источникам излучения
Выбор источника излучения для рефрактометрических задач определяется несколькими факторами, причем наиболее важный — это высокая мощность источника. Необходимость высокой мощности приводит к использованию лазера в качестве источника излучения [7, 23].
Одним из главных элементов установки является лазерная плоскость (ЛП), с помощью которой освещаются частицы. ЛП состоит из источника излучения и оптической системы, формирующей световую плоскость. Исходя из этого, к требованиям по выбору источника излучения можно добавить следующее условие: источник излучения должен быть таким, чтобы световая плоскость могла быть легко сформирована и управляема.
Оптическая система формирования ЛП состоит в простейшем случае из одной цилиндрической линзы [8, 24] и в более сложных реализациях из системы линз [25, 26]. Выбор оптической системы определяется отдельно для каждой конкретной задачи, исходя из заданных условий.
При использовании одной цилиндрической линзы оптическая система получается простой, но высота h лазерной плоскости не постоянна вдоль оси распространения гауссова пучка.
Для обеспечения постоянной высоты h и толщины t ЛП используется четырехлинзовая система, которая представляет из себя две последовательные телескопические системы. Первая система, формирующая постоянную толщину ЛП - сочетание положительной и отрицательной линз, а вторая (постоянная высота) - две цилиндрические линзы.
Обычно, световая плоскость имеет следующие параметры; -толщина: 0.2- 1 мм; - высота: 10-300 мм; - длина: 110 - 2000 мм.
Пространственная разрешающая способность является одним из важнейших характеристик метода, так как это определяет способность системы измерять малые пространственные масштабы, которые важны при изучении турбулентности и неоднородности. Пространственная разрешающая способность определяется толщиной ЛП и качеством системы формирования изображения.
ЛП формируется сфокусированным лазерным лучом ТЕМ0о моды с помощью линзы L\ (рисунок 4). Фокусное расстояние f\ линзы L\ определяет толщину лазерного пучка в измеряемой области.
Цилиндрические линзы L2 и L3 с f2 и f$ соответственно расширяют лазерный пучок до необходимой толщины. Толщина ЛП должна быть приблизительно постоянна в области измерения, т.к. это необходимо для однородного освещения измерительного объема.
Толщина, высота и длина ЛП определяются по формулам для распространения гауссова пучка в свободном пространстве после прохождения системы линз. Подробнее вопросы формирования и расчета ЛП будут обсуждаться далее.
Основной проблемой формирования ЛП является необходимость выбора приемлемого компромисса между хорошей разрешающей способностью -малое t, и постоянной толщиной лазерной плоскости - большое /.
Требования к приемникам излучения
Запись рефракционного изображения может производиться как фотографическим способом, так и с помощью записывающей электроники. Как фотографическую, так и видео запись, в настоящее время можно осуществлять несколькими способами. Для фотографической записи это, во-первых, регистрация на обычную фотопленку с последующей проявкой или сканированием кадров в компьютер и, во-вторых, фотография на ПЗС структуру, при которой сразу получается цифровое представление изображения. Запись видеоматериала также различается по применяемой аппаратуре. В этом случае могут использоваться аналоговая или цифровая видеокамеры. Фотографическая запись является общеизвестной процедурой и частным случаем видеозаписи. Поэтому рассмотрим две основные разновидности видеокамер: аналоговую и цифровую.
При записи на аналоговую видеокамеру для ввода изображения в компьютер необходимо использовать электронную схему, приведенную на рисунке 5.
Изображение записывается с помощью камеры 1. Для возможности контролировать процесс записи используется монитор компьютера 2, который соединен с видеоплатой 5. Видеосигнал от камеры не может быть сразу преобразован в компьютерный сигнал. Для перевода сигнала из аналогового в цифровой используют видеопреобразователь — фрейм-граббер 3, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который позволяет оцифровывать изображение и хранить его в памяти компьютера 4.
Видеопреобразователи позволяют оцифровывать видеосигнал в реальном времени. Видеопреобразователи, работающие в реальном времени, допускают перемещение (хотя и медленное) объекта, на который направлена видеокамера, без искажений оцифрованного изображения.
Однолинзовая оптическая система
Построим характерные зависимости для данной оптической системы. Для построения сделаем предварительные расчеты. Как было отмечено выше, для эффективного использования цилиндрической линзы необходимо вычислить минимальное фокусное расстояние, и линзу с меньшим фокусом использовать не эффективно, так как ее размер будет меньше размера исходного пучка. Данное минимальное фокусное расстояние вычислим по формуле (21). Считаем, что линза выполнена из стекла марки К8 с п = 1,51 (для к = 0,6328 мкм) [34]. Следовательно; fmin = 2,14 мм.
На рисунке 10 представлена зависимость высоты лазерной плоскости h как функция от/і при различных d: d — 150 мм, d" = 250 мм, f" = 750 мм. Из рисунка 10 видно, что при увеличении расстояния d (расстояние от линзы до плоскости измерения) необходимое значение высоты лазерной плоскости h достигается при больших значениях фокуса. С другой стороны, существуют такие значения d, при которых невозможно получить большие значения h (например, из графика видно, что при d = 150 мм невозможно получить высоту лазерной плоскости больше 0,25 м). Следовательно, если необходимо получить большие значения h, необходимо устанавливать исследуемый объем как можно дальше от линзы.
Рассмотрим зависимость высоты лазерной плоскости от расстояния d при различных фокусных расстояниях: f =2 мм, / = 4 мм, /" = 6 мм, представленную на рисунке 11.
Из полученных зависимостей можно сделать вывод, аналогичный сделанному выше: при малых расстояниях d значение h меньше. Также хорошо видно, что если необходимо большое значение высоты лазерной плоскости, то помимо больших d следует использовать линзу с меньшим фокусным расстоянием. Этот же вывод можно сделать и из рисунка 10. h, мП A - \1,Ц Л Э - U.J П 1 - U , —— г= 1 мм Л 1 - Г = 4 мм Г= Є ММ U , 1 .. — D - _... J. О 0,2 0.4 О .В б?, м
На рисунке 12 представлена зависимость неоднородности лазерной плоскости от фокусного расстояния цилиндрической линзы при различных значениях /: — 50 мм, Iа = 146 мм, / " = 200 мм. Из рисунка 12 видно, что значение неоднородности Ли увеличивается как при увеличении фокусного расстояния линзы, так и при увеличении длины исследуемого объема /. Следовательно, при использовании линзы с меньшим значение фокуса и при меньших значениях / неоднородность высоты лазерной плоскости меньше. П - l = 5D мм иRfl - Г- 146 мм Г = 200 мм и 4П - on - 0 - О 10 2а 3Q 4Q /і, мм
Рисунок 12 - Зависимость неоднородности лазерной плоскости ДА от фокуса цилиндрической линзьі/І при различных значениях /.
Использование цилиндрической линзы позволяет расширить пучок только в одной плоскости (рисунок 9). Следовательно, для расчета толщины лазерной плоскости воспользуемся формулой (15) и запишем зависимость толщины t от параметров исходной системы:
Из формулы (15) и рисунка 13 видно, что толщина лазерной плоскости не зависит от параметров используемой линзы, а зависит только от расстояния, на котором установлен исследуемый объект. Также можно сделать вывод по данному графику, что изменить толщину лазерной плоскости в этой оптической системе мы можем только изменяя диаметр пучка на выходе лазера w0\, т.е. используя дополнительные оптические системы для преобразования перетяжки лазера. Г, м 1 Л - 1 р . WD1"= 1.1 мм WD1"- 1,5 ММ
Рассмотрим изменение плотности мощности вдоль оси распространения гауссова пучка в заданной оптической системе. Плотность мощности вычисляется по следующей формуле:
Здесь AQ — амплитуда поля в центре пучка; w — радиус пучка, т.е. расстояние, на котором амплитуда уменьшается в е раз; Щ радиус пучка в перетяжке; R(z) — радиус кривизны волнового фронта; ф - сдвиг фазы по оси 2.
Построим данную зависимость в относительных единицах, нормировку проведем на максимальное значение плотности мощности, которое достигается в перетяжке, тогда:
На рисунке 14 представлена зависимость плотности мощности от расстоянии z для линз с фокусным расстоянием / =10 мм и / = 3,5 мм, показывающая резкое уменьшение плотности мощности при увеличении расстояния от линзы до точки наблюдения.
Рисунок 14 - Зависимость плотности мощности Fe вдоль оси z при различных фокусных расстояниях:/= 10 мм,/ =3,5 мм 2.2.2 Двухлинзовая оптическая система
Лазерную плоскость со слаборасходящимся пучком специального вида можно получить при помощи двух цилиндрических линз, образующих телескопическую систему. При использовании двух компонент также можно уменьшить габаритные размеры оптической системы по сравнению с однокомпонентной системой.
Первый компонент выполняет задачу фокусировки лазерного пучка и является короткофокусным. Так как оптическая система телескопическая, то фокусное расстояние второго компонента практически совпадает с расстоянием от перетяжки до второго компонента, и, следовательно, является длиннофокусным. Приведем числовой расчет данной системы (рисунок 15), который будем проводить последовательно, рассчитывая два однолинзовых фрагмента по формулам (18) - (20). Результаты первого расчета -конфокальный параметр промежуточной перетяжки пучка и ее положение, используются далее как входные параметры для расчета второго однолинзового фрагмента.
По формулам (18) - (20) и (22) вычисляем положение и размер перетяжки преобразованного пучка после первой линзы. Так как система является телескопической, то сІ2 =fi- Запишем матрицу оптической системы для второго однолинзового фрагмента: первую опорную плоскость совместим с промежуточной перетяжкой преобразованного первой линзой лазерного пучка.
Выбор цифровых фотоприемных систем
В настоящее время существует огромное количество различных видов цифровых видеокамер. Основной проблемой их применения является отсутствие разработанной методики их метрологического тестирования. В технических характеристиках видеокамер отсутствуют данные о шумах ПЗС структуры, не указаны погрешности дискретизации и т.д. В связи с этим встает вопрос разработки методики тестирования применяемого цифрового оборудования для определения оптимальных режимов записи рефрактометрических изображений и оценки качества изображения для дальнейшей коррекции вносимых шумов.
Экспериментальные исследования производились с пятью различными видами приемных устройств: бытовая аналоговая видеокамера совместно с фреймграббером Panasonic RX 30; полупрофессиональная цифровая видеокамера SONY DCR VX-2000 (в режимах видеозаписи и фотоаппарата); полупрофессиональный цифровой фотоаппарат Panasonic DMC-LC40; любительский цифровой фотоаппарат Sony Cyber Shot DSC3; фотоаппарат, встроенный в мобильный телефон. Технические характеристики данных приборов приведены в приложениях. Такой набор аппаратуры был подобран специально» чтобы охватить как можно больший диапазон по разрешению, времени выдержки, балансу белого и другим характеристикам.
При обычных исследованиях производится только визуальное наблюдение, которое дает информацию о разрешении получаемого изображения. В данных исследованиях было проведено сравнение для различных значений выдержки, количества пикселей и баланса белого.
Большое влияние на качество изображения оказывает приходящееся на него количество пикселей. Если при близких значениях, визуально разница мало заметна, то при значительной разнице изменения можно заметить и на глаз. Пример такого различия показан на рисунке 30.
Из рисунка видно, что при больших выдержках происходит переэкспонирование, а при малых наблюдается недостаточная освещенность. Таким образом, необходимо выбирать значения выдержки, исходя из освещенности на объекте.
Также большое влияние на изображение оказывает выбранный режим баланса белого. К сожалению, отобразить здесь это невозможно, в связи с тем, что в черно-белом варианте эффект теряется.
Таким образом, из вышеприведенного можно сделать следующие выводы:
1. На представление рефракционного изображения в компьютере оказывает большое влияние количество уровней квантования интенсивности. При малом количестве уровней изображение оказывается некачественным, а при большом получается файл очень большого размера. Оптимальными являются 8 и 10 битные изображения.
2. Качество изображения зависит от количества уровней пространственной дискретизации. Минимально допустимое качество получается не менее 1 мегапикселя на изображение.
3. Выдержка, устанавливаемая на видеокамере или цифровом фотоаппарате должна строго соответствовать освещенности на объекте, иначе получается переэкспонирование или затемнение кадра.
Универсальных методов получения изображения, пригодного одновременно как для визуального, так и для компьютерного контроля, не существует. Если при визуальном критерии акцент делается на устранение сильных шумов, коррекцию геометрических искажений, масштабирование, видеоинтерполяцию и другие методы, позволяющие наиболее доступным способам визуально воспринимать информацию, то для систем компьютерного анализа наиболее подходящими и удобными в работе будут являться методы выделения контура, яркостные операции, методы спектральной обработки, градиентные преобразования и т.п.
Какой бы способ обработки мы не использовали, встает вопрос о критериях качества рассматриваемых параметров. Понятие качества изображения не является четко определенным. В зависимости от поставленных задач оно оценивается различными способами.
Способы оценки качества изображения можно условно разделить на 2 класса.
В зависимости от свойств самого изображения и будет рассматриваться качество изображения в качестве его характеристики. В этом случае критерии качества будут субъективными либо будут опираться на объективные характеристики исходного изображения, такие, как форма и параметры распределения яркости, пространственный спектр и т.д.
Программное обеспечение для обработки рефракционных картин
Время полного перемешивания является одной из важных характеристик перемешивающего устройства. Оно зависит от таких гидродинамических характеристик как поле осредненных скоростей в аппарате, циркуляционная производительность мешалки, степень турбулентности перемешиваемой жидкости, а также от наличия и величины застойной зоны. Отсюда следует, что время перемешивания тесно связано с потребляемой мощностью.
Время перемешивания определяется как время, необходимое для получения заданного качества смешения при перемешивании периодическим способом. То есть - это интервал времени между началом перемешивания и моментом, когда достигается определенная степень гомогенности в перемешиваемой среде.
Поскольку процесс перемешивания имеет стохастическую природу, представляется естественным степень однородности оценивать статистическими показателями, например средним квадратическим отклонением или дисперсией и т.п. Для экспериментального получения таких оценок требуется взятие и анализ локальных проб или замер локальных значений концентраций, температур и т.п.
Такого рода кривые несут дополнительную информацию о характере движения жидкости в аппарате. Частота пиков определяется временем циркуляции.
Конечно, это степень гомогенности не в молекулярном масштабе, а в масштабе наблюдения. Следовательно, она зависит от размера отбираемых для анализа проб или размеров датчика, определяющего степень гомогенности. Если, например, объем пробы взять равным объему аппарата, то время гомогенизации хи = 0, так как средняя концентрация в пробе равна средней концентрации в аппарате. Если же размеры проб приближаются к размерам молекул, то так как однородность в молекулярном
масштабе достигается в результате молекулярной диффузии через бесконечно долгое время. Следовательно, время перемешивания является условной величиной, зависящей от масштаба наблюдения.
Тем не менее, время перемешивания может служить критерием оценки эффективности работы мешалок. При одной и той же потребляемой мощности мешалка работает более эффективно, если время перемешивания меньше.
Обычно время перемешивания определяют, выводя равновесную, гомогенную систему из состояния равновесия с помощью местного импульсного возмущения и измеряя время, необходимое для достижения повторного состояния равновесия. Возмущение может наноситься по температуре или концентрации. В соответствии с этим применявшиеся различными исследователями методы можно разделить на термические, калометрические, кондуктометрические, оптические [3].
Термические методы для измерения времени перемешивания используют тепловое возмущение.
В этом случае в качестве трассера обычно применяют добавляемую к содержимому аппарата нагретую жидкость. Она должна иметь температуру ниже температуры кипения. Метод не может быть использован для вязких и неньютоновских жидкостей, так как их физические свойства существенным образом изменяются даже при небольших изменениях температуры .
Калометрические методы можно разделить на две подгруппы: методы, основанные на фиксации окрашивания в процессе перемешивания, методы, основанные на фиксации процесса исчезновения окрашивания.
Методы, основанные на фиксации процесса исчезновения окрашивания, предпочтительнее. В калометрических методах обычно используют окислительно-восстановительные реакции и реакции, проводимые в присутствии индикатора, меняющего цвет при изменении рН. Отсутствие специального датчика и простота эксперимента являются преимуществами данных методов. В качестве недостатка следует отметить требование к прозрачности аппарата и исследуемой жидкости и субъективность фиксации исчезновения окрашивания.
Кондуктометрический метод наиболее часто используется для измерения времени перемешивания.
Метод основан на импульсном вводе в данный аппарат небольшого количества раствора соли, распространение которого фиксируется кондуктометрическим датчиком.
Для малой концентрации соли электропроводность раствора линейно зависит от концентрации трассера.
Метод обладает следующими преимуществами: он дает непрерывное измерение концентрации во времени в конкретной точке аппарата; отсутствует субъективная оценка; возможно проведение эксперимента в аппаратах больших объемов; кондуктометрические датчики безинерционны.
Оптические методы измерения времени перемешивания основаны на использовании оптических неоднородностей. При просвечивании пучком параллельных лучей перемешиваемой жидкой смеси лучи света, проходя через объемы жидкости с разными коэффициентами преломления, интерферируют на экране. По мере смешения интерференционные полосы становятся менее интенсивными и по достижении времени перемешивания исчезают.
При выборе метода определения времени перемешивания следует стремиться, чтобы полученные результаты как можно теснее были связаны с реальным процессом. Модельная жидкость, используемая при проведении экспериментов, должна по возможности иметь те же физические свойства, что реальная жидкость.
