[发明专利]一种连续测定水体气泡释放通量的装置及方法

权利要求书

1.一种连续测定水体气泡释放通量的装置，包括收集器(14)、密闭罐体(6)和电路装置(11)，其特征在于：所述密闭罐体(6)为封闭的空心圆柱体，底部开有一个圆形小孔；圆形小孔的外部连接一段钢管(10)，钢管(10)的下方连接一个锥形漏斗(13)；所述收集器(14)为漏斗状结构，用于捕获水体中捕获区域内的气泡；所述锥形漏斗(13)的敞口端与收集器(14)的缩口端相连；圆形小孔的上方连接一根玻璃管(5)，玻璃管(5)的上端从密闭罐体(6)的上方穿出；所述电路装置(11)位于密闭罐体(6)的内部，包括传感器(7)、储存电路板(8)和电池(9)，所述传感器(7)固定在玻璃管(5)上，所述储存电路板(8)和电池(9)固定在密闭罐体(6)的底部。

2.根据权利要求1所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述密闭罐体(6)的上方设有盖板(1)，盖板(1)与密闭罐体(6)的上方边缘之间铺设一圈橡胶防水垫圈(4)；所述盖板(1)与密闭罐体(6)通过螺栓(2)固定拧紧；盖板(1)的中间开有一个圆形小孔，直径与密闭罐体(6)底部的圆形小孔相同，用于让玻璃管(5)穿过；盖板(1)的上方设有若干个吊环(3)，用于吊起该连续测定水体气泡释放通量的装置。

3.根据权利要求2所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述盖板(1)和吊环(3)均为不锈钢材质，所述吊环(3)焊接在盖板(1)上；盖板(1)的圆周上设有12个均布的螺栓孔，供螺栓(2)穿过。

4.根据权利要求3所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述吊环(3)共有三个，等距焊接于盖板(1)上，用于连接绳子吊起整个装置。

5.根据权利要求1所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述玻璃管(5)为有机玻璃材质，用于作为收集器(14)收集到的气泡经过的通道；所述传感器(7)用于探测气泡。

6.根据权利要求5所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述传感器(7)上设有三组感应器，分别是第一感应器(S1)、第二感应器(S2)、第三感应器(S3)；当气泡经过玻璃管(5)时被相应的感应器感应到，并记录下感应到的时间数据；所述时间数据被储存在储存电路板(8)上，所述电池(9)用于给电路装置(11)供电。

7.根据权利要求1所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：所述密闭罐体(6)、锥形漏斗(13)均为不锈钢材质，所述收集器(14)采用PVC材质防水塑料布。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种连续测定水体气泡释放通量的装置，其特征在于：密闭罐体(6)的各开孔处均设置防水塞(12)，防水塞(12)用于装置各开孔处的防水。

9.一种连续测定水体气泡释放通量的方法，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一项所述的连续测定水体气泡释放通量的装置进行测量，当气泡在水体中被收集器(14)收集到后，在继续上浮的过程中从装置内部的玻璃管(5)中通过；气泡被拉长并通过玻璃管(5)，在通过的过程中被固定在玻璃管(5)上的传感器(7)记录下通过的时间参数，通过这些参数计算通过的气泡的体积。

10.根据权利要求9所述的一种连续测定水体气泡释放通量的方法，其特征在于：具体过程如下：

由于气泡在进入玻璃管(5)后向上的运动过程并非匀速运动过程，而是加速运动，故需要通过测定气泡顶端刚接触到传感器(7)时的初始速度以及气泡完全通过后的尾端速度两个速度，将两个速度求平均值来近似看作气泡在通过传感器(7)时的平均速度；

当被拉长的气泡顶部通过第二感应器(S2)、第三感应器(S3)时，设时间依次记录为T₁，T₂；当气泡尾部通过第二感应器(S2)、第三感应器(S3)时，设时间依次记录为T₃，T₄，第二感应器(S2)、第三感应器(S3)的间隔为L；由这些参数可得：

气泡顶端通过第二感应器(S2)时的速度v₁：

气泡尾部通过第三感应器(S3)时的速度v₂：

由于被拉长的气泡在玻璃管(5)中进行加速运动，故v₂应大于v₁，且气泡完全通过第二感应器(S2)的时间T₂-T₁应大于通过第三感应器(S3)的时间T₄-T₃；由以上六个参数T₁、T₂、T₃、T₄、v₁、v₂，可得到气泡的四个相对体积，分别是最大体积V_a、较大体积V_b、最小体积V_c、较小体积V_d：

V_a＝v₂×(T₂-T₁)；

V_b＝v₁×(T₂-T₁)；

V_c＝v₂×(T₄-T₃)；

V_d＝v₁×(T₄-T₃)；

气泡通过传感器时的平均速度v：

气泡通过的平均时间T：

设玻璃管(5)内径为d，管内截面面积A＝πd²，则该探测到气泡的平均体积V₁：

V₁＝vTA；

所捕获的全部气泡体积V：

设装置的投放时间为H，捕获器捕获范围为S，则气泡的体积通量F为：

根据所求区域面积，则可依据比例关系估算所求区域的总体气泡体积。