Im vorliegenden Projekt wird ein Integrationsmessansatz zur Charakterisierung von komplexen Tröpfchen in einem Spray aus einem Rotationszerstäuber vorgestellt, um die Fähigkeiten des bestehenden Messgeräts zur Tröpfchenanalyse, bekannt als TSTOF-Messgerät oder unter der Marke SpraySpy, zu verbessern. Die vorgeschlagene Erweiterung wurde entwickelt, um die Qualität der Signalentdeckung und der Validierungsphase zu erhöhen.

Beim realisierten Integrationsmessansatz können die Tröpfchengröße und die Tropfengeschwindigkeit in einem hochdichten Spray mit einer sehr schlechten Lichtstreuungssignalstruktur oder einem ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis analysiert werden. Solche Signale sind häufig zu erwarten, wenn komplexe Tropfen gemessen werden, entweder Tropfen mit eingebetteten Nano-/Mikropartikeln (Dispersionen) oder Emulsionen. Zweitens werden die Größen- und Geschwindigkeitsverteilungen nicht durch die Verarbeitung von Signalen einzelner Tropfen (Technik der Einzelrealisation) geschätzt, sondern aus einem großen Ensemble von Tropfensignalen, was sowohl die Rechengeschwindigkeit verbessert als auch den Einfluss von Ausreißern in der finalen Statistik reduziert. Diese Fähigkeiten werden erreicht, ohne die Genauigkeit der Mittelwert- und Varianzschätzungen der Größen und Geschwindigkeiten von Tropfen-Ensembles zu beeinträchtigen. Um die Vorteile dieses neuen Ansatzes zu demonstrieren, werden Messungen eines Farbsprays präsentiert, die sowohl mit standardmäßigen Verarbeitungsroutinen als auch mit dem neuen Ansatz verarbeitet wurden. Die Einschränkungen bezüglich der Anwendung dieses neuen Ansatzes werden ausführlich erörtert.

Experiment

Der experimentelle Aufbau, der in dieser Studie verwendet wurde, ist dieselbe Einrichtung, die in [2] beschrieben wird, wobei der Spray von einem Rotationsglockenzerstäuber erzeugt wurde. Eine schematische Darstellung und ein Beispielbild des Zerstäubers sowie der Anordnung des Instruments zur Messung des Sprays sind in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt.

Die Position des Messpunkts wird variiert, indem die Düse mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und das SpraySpy-Gerät stationär gehalten wird. Die Signale werden während der gesamten Traversierung des Zerstäubers erfasst. Die Lichtstreusignale wurden mit einem externen Hochgeschwindigkeitsdigitizer erfasst, der mit einer Abtastfrequenz von 321,5 MS/s betrieben wird. Der Puffer des Digitizers ermöglicht die Aufzeichnung von bis zu 50 ms, ohne dass Proben verloren gehen. Dies ergibt ungefähr 1,6-E06 Proben pro Kanal. Insgesamt wurden 54 Traversierungen durchgeführt, was zu 54 Datensätzen führte.

Vergleich

Die Messdaten sowohl der klassischen als auch der integrierten Methoden werden in Abbildung 1 verglichen, in der die Größe und Geschwindigkeit jedes einzelnen Tropfens über alle Messkampagnen als Kreuzpunkte hinweg dargestellt sind. Die Werte, die mit dem Integrationsansatz berechnet wurden, sind durch die quadratischen Marker gekennzeichnet. Im Spray waren sowohl transparente als auch nicht transparente Tröpfchen vorhanden. Die nicht transparenten Tröpfchen werden in der Abbildung als Tröpfchen mit negativer Größe dargestellt.