März 18, 2019
Tröpfchengröße: Was Sie über die Messmethoden wissen sollten
Tröpfchengröße: Wie misst man den Durchmesser eines Wassertropfens?
Durchmesser und Gewicht
Die Tröpfchengröße wird in Mikrometern (μm) gemessen. Ein Mikrometer ist 1/1000 Millimeter oder etwa 1/25.000 Zoll.
50 Mikrometer entsprechen etwa der Größe eines menschlichen Haares, während 2 Mikrometer etwa der Größe eines Bakteriums entsprechen. Wie Sie sich vorstellen können, gibt es einen großen Unterschied zwischen dem Gefühl eines 50-Mikrometer-Tröpfchens und eines 2-Mikrometer-Tropfens.
Beispiele für Tröpfchengrößen in verschiedenen Branchen
Für eine Reinigungs- oder Kühlanwendung wäre eine größere Tröpfchengröße zwischen 200 – 1.200 μm von Vorteil, da viel Wasserdruck benötigt wird.
Für die Kühlung beispielsweise eines Kuhstalls wäre jedoch eine deutlich kleinere Tröpfchengröße zwischen 35 – 60 μm zu empfehlen. Sonst würden die Kühe durchnässt und nicht nur abgekühlt.
Gehen wir noch einen Schritt weiter, zu einer SMT-, Elektronik- oder Textilproduktion, wäre es ein Risiko, überhaupt Wasser hinzuzufügen. In diesem Fall wäre eine Tröpfchengröße unter 10μm zu empfehlen. Diese Tröpfchen sind so klein, dass sie zurückprallen, bevor sie eine Oberfläche erreichen.
Klassifizierung von Tröpfchengrößen
In der folgenden Abbildung sehen Sie die Klassifizierung der Tropfengrößen:
>10 μm: Ultrafeine Zerstäubung / Trockennebel
>100 μm: Feine Zerstäubung / feiner Nebel
>300μm: Halbfeine Zerstäubung / feiner Sprühnebel
>1000μm: Halbgrobe Zerstäubung / Leichter Regen
<1000μm : Coarse atomization / rain storms
Methoden zur Messung von Sprühtropfen
Es gibt drei gängige Methoden zur Messung des Tropfendurchmessers.
- Tauchprobenahmemethode
- Laseranalysator: Fraunhofer-Beugungsmethode
- Laser-Doppler-Methode
Als industrielle Methoden zur Messung von Sprühtröpfchengrößen werden das Tauchprobenahmeverfahren und der Laseranalysator eingesetzt.
Tauchprobenahmemethode
Die Tröpfchen werden auf einer mit Silikonöl beschichteten Glasplatte gesammelt und sofort mit hoher Vergrößerung zum anschließenden Scannen fotografiert.
Bei dieser Methode setzen sich die gesammelten Tröpfchen schnell im Silikonöl ab und verdunsten auch bei starkem Licht beim Fotografieren nicht. Im Silikonöl eingeklebt, werden sie als perfekte Kugeln gemessen.
Abbildung der Tauchprobenahmemethode
Allerdings verdunsten ultrafeine Tröpfchen, die zu klein sind, um die Oberflächenspannung des Öls zu durchbrechen und zu kleben. Somit sind die mit der Immersionsprobenahmemethode ermittelten Tröpfchengrößen des feinen und ultrafeinen Nebels größer als die tatsächlichen Werte.
Laseranalysator: Fraunhofer-Beugungsmethode
Fraunhofer-Beugungsmethode
Bei dieser Methode wird das Prinzip der Beugung mittels Laserstrahl genutzt. Wenn die Tröpfchen dem Laserstrahl in die Quere kommen, streuen sie die Richtung der Laserstrahlen und erzeugen ein Beugungsmuster (Fraunhofer-Beugung).
Das Beugungsmuster hängt von der Größe der Tröpfchen und ihrer Verteilung ab.
Mit dieser Methode können alle Tröpfchen gleichzeitig gemessen werden, die den Laserstrahl stören.
Ist die Konzentration der Tröpfchen im Spray jedoch zu hoch, kann es zu einem Phänomen namens Mehrfachdispersion kommen. Mehrfachdispersion bedeutet, dass ein von einem Tropfen gebeugter Strahl von einem anderen Tropfen erneut gebeugt werden kann. Dies verändert die Messung, indem sie kleiner als die tatsächliche Tröpfchengröße wird.
Laseranalysator: Laser-Doppler-Methode
Diese Methode basiert auf der Erzeugung eines Strahls, bei dem zwei Laserstrahlen interferieren.
Wenn ein Tröpfchen diesen Strahl passiert, erfassen zwei oder mehr Sensoren in einem bestimmten Abstand die Phasendifferenz des gestreuten Lichts, indem sie die Größe des Tröpfchens bestimmen.
Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie den Sprühkonzentrationsbereich des Sprays nicht beeinflusst. Dies liegt daran, dass die Größe der Tröpfchen einzeln gemessen wird. Sondern auch, weil es gleichzeitig die Geschwindigkeit der Tröpfchen misst. Die Messung erfolgt jedoch nur an einem einzigen Punkt des Sprays.
Laser-Doppler-Methode
Vergleich zwischen den 3 Methoden
Korrelation der mittleren Sauter-Tropfendurchmesser zwischen drei Messmethoden
Abhängig von der verwendeten Messmethode unterscheidet sich die Größe desselben Wassertropfens. Unter der Annahme, dass der mit der Immersions-Probenahmemethode gemessene mittlere Tropfendurchmesser gleich 1 ist (als relative Koeffizientenzahl), wird der Wert unterschiedlich sein, wenn er mit der Fraunhofer-Beugungsmethode und der Laser-Doppler-Methode gemessen wird.
Wir verwenden in unserem Hydraulikkatalog die Tauchprobenahmemethode, um einen Hinweis auf die Sprühtropfendurchmesser jeder Düsenserie zu geben. Und für unseren Pneumatikkatalog geben wir immer an, mit welcher Methode wir den Durchmesser gemessen haben.
Wählen Sie den richtigen Sprühtropfendurchmesser für die gewünschte Anwendung und bitten Sie unseren Projektingenieur, Ihnen bei der Auswahl der optimalen Düse zu helfen.