Laserbeugungsspektometrie - Das vollständige Tropfengrößenspektrum an
Düsen und Zerstäubern reproduzierbar messen

Relevante Informationen über das gesamte Tropfengrößenspektrum erhalten

Wie bereits ausgeführt, ist es keinesfalls ausreichend nur einen bestimmten charakteristischen Tropfendurchmesser des Sprays zu kennen. Zudem stellt sich die Frage, wie man den Durchmesser feiner Tropfen verlässlich messen soll. Zumal die Tropfengeschwindigkeiten im Nahbereich der Düse häufig hoch sind.

Abbildende Methoden, also beispielsweise das fotografieren des Sprays, versagen hierbei. Außer einem durchgängigen Nebel ist in der Regel nichts zu erkennen. Damit lassen sich also keine Daten gewinnen.

Der Versuch, mittels Sonden oder aber durch Auffangen von Tropfen eine Beurteilung des Sprays zu erreichen scheitert ebenfalls. Dabei ist zu berücksichtigen, dass jeglicher Eingriff in das Spray zu einer Verfälschung führt. Also auch mit dieser Methode kommt man nicht weiter.

Berührungs- und beeinflussungsfreie Laserbeugungsspektrometrie

Dieses elegante Verfahren nutzt bestimmte optische Eigenschaften eines Laserstrahles aus. Dieser wird durch das Spray hindurch gesendet. Dabei entsteht ein von der Tropfengrößenverteilung abhängiges Beugungsmuster. Dieses wird von speziellen elektronischen Bauteilen im Beugungsspektrometer aufgenommen und mittels einer Software ausgewertet. Das nachfolgende Bild zeigt die Messung eines Sprays an einer Zweistoff-Düse.

Ein integrales Verfahren zur Messung von Sprayeigenschaften

Integral bedeutet in diesem Fall, dass grundsätzlich ein bestimmter Teilbereich des Sprays gemessen wird. Um das vollständige Spray zu vermessen, traversieren wir die zu untersuchende Düse derart, dass das vollständige Spray erfasst wird. Zudem achten wir natürlich auf die Messentfernung von der Düsenmündung. Selbstverständlich dokumentiert werden zudem die kompletten Messbedingungen. Also auch Temperatur und Luftfeuchte und Umgebungsdruck! Auch das ist für uns selbstverständlich!

Das Ergebnis einer Messung mit dem Laserbeugungsspektrometer

Nach durchgeführter Messung liegt ein Messprotokoll vor, welches sämtliche zur Beurteilung der Güte eines Sprays erforderlichen Informationen enthält.

So sind nicht nur Daten zur Volumenkonzentration der Tropfen im Messbereich vorhanden. Darüber hinaus wird auch die spezifische Oberfläche des Sprays errechnet. Im Beispiel bedeutet dieses, dass pro zerstäubtem Gramm an Flüssigkeit eine freie Oberfläche von 0,0647 m² erzielt wird. Es liegt auf der Hand, dass dieses das Berechnen von Stoff- und Wärmeübergangsvorgängen erheblich vereinfacht.

Selbstverständlich werden die charakteristischen volumetrischen Tropfendurchmesser ebenfalls angegeben. So zum Beispiel der Sauterdurchmesser, im Protokoll mit D[3,2] bezeichnet, und der im Bereich des Pflanzenschutzes oftmals verwendete D[4,3].

Bedeutung und Erklärung:

D[v,0.1] - 10 Vol% aller gemessenen Tropfen sind kleiner als 48,19 µm.
D[v,0.5] - 50 Vol% aller gemessen Tropfen sind kleiner als 213,00 µm.
D[v,0.9] - 90 Vol% aller gemessen Tropfen sind kleiner als 346,54 µm.

Darüber hinaus erhält man eine Tabelle, welche den volumetrischen Anteil an Tropfen in einer bestimmten Größenklasse zeigt. Die Abstufung dieser Kassen hängt von den verwendeten optischen Einrichtungen ab. Gezeigt ist hier lediglich ein Ausschnitt aus der vollständigen Tabelle.

Erklärung und Beispiel:

In der Größenklasse zwischen 56,23 µm und 65,51 µm befinden sich 1,44 Vol% der Tropfen. 12,95 Vol% aller Tropfen sind kleiner als 56,23 µm. In der Größenklasse von 409,45 µm bis 477,01 µm befinden sich 2,40 Vol% der Tropfen. 100 Vol% unter der Klasse bedeutet, dass der größte Tropfendurchmesser im Sprüh demzufolge 477,01 µm groß sein kann.

Ebenso lassen sich natürlich die kleinsten Tropfendurchmesser im Spray ermitteln. Dieses ist zum Beispiel von Bedeutung, um ein Spray hinsichtlich der Lungengängigkeit zu beurteilen.

Eine höher auflösende Darstellung eines Messergebnisses finden Sie hier als PDF.