本发明涉及静电雾化领域，具体是雾化雾滴荷质比的测量技术，应用于农药喷洒、生物质谱以及雾化燃烧脱硫除尘等各个领域。
背景技术：
静电雾化能够产生带电的细小雾滴，雾滴荷质比是衡量雾滴带电量的重要参数，它对雾滴的运动、变形以及在表面特性等产生重要影响。目前，对雾滴的荷质比测量一般采用接触法测量，通过捕集荷电雾滴群获得雾滴的荷电量，并通过天平或流量法等测量荷电雾滴群的质量，从而获得雾滴的荷质比。如中国专利号为2012104576336、名称为“静电喷雾荷质比测量装置”的文献中公开的装置，通过减少荷电雾滴撞击集液筒内筒壁后反弹而造成荷电雾滴的再次测量和逃逸产生的电荷误差，实现对荷电雾滴或粒子荷质比的测量。再中国专利号为2013106901882、名称为“喷杆式多喷头静电喷雾荷质比测量设备”的文献中公开的设备，通过对喷杆上的多个喷头的荷电雾滴荷质比进行测量。尽管这些测量装置或设备都能获得雾滴的荷质比，但都存在如下几个问题：1）雾滴荷电量是通过一定的装置收集荷电雾滴的电荷，难以完成雾滴全部带电量的收集，特别是对于导电性较差的雾滴，电荷更是难以收集。2）进行荷电荷质比的测量过程中，荷电雾滴难以完全收集并且质量或流量的测量亦存在误差，影响测量精度。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有雾滴荷质比采用接触式方法测量存在的不足之处，提出一种单雾滴荷质比的测量装置及方法，能收集到雾滴的全部带电量，测量精度高。
本发明一种单雾滴荷质比测量装置采用的技术方案是：包括相互平行的上电极板和下电极板，上电极板接地，下电极板连接高压电源，上电极板和下电极板之间产生电场，上电极板的上方布置一个雾滴速度与粒径测量装置，上电极板和下电极板之间的一侧布置一个光源、另一侧布置一个高速数码相机，上电极板中心区域开有一个能容许单个雾滴通过的圆孔，单个雾滴在上电极板和下电极板之间电场的作用下产生的电场力垂直向上且大于单个雾滴的重力。
所述一种单雾滴荷质比测量装置的测量方法采用的技术方案是包括以下步骤：
a）打开高压电源、光源、高速数码相机和雾滴速度与粒径测量装置，单个雾滴通过圆孔向下滴入电场中，雾滴速度与粒径测量装置测量得到单个雾滴的速度v和粒径d；
b）高速数码相机记录雾滴轨迹图像，获得单个雾滴下降的最大距离ym；
c）将单个雾滴的速度v和粒径d以及下降的最大距离ym通过公式
本发明采用上述技术方案后具有的优点是：
本发明采用非接触测量方式，通过pdpa测量单个雾滴的粒径和速度，采用高速数码相机测量具有一定速度的单个荷电雾滴在均匀电场中的最大下降距离，无需直接测量雾滴的质量，可以准确获得雾滴的质量，进而获得雾滴的荷电量和荷质比。能准确测量导电性较差的液体的荷质比，有效避免了雾滴电量释放过程以及测量电流的损失。
附图说明
图1为本发明一种单雾滴荷质比的测量装置的结构示意图；
图中：1.光源；2.上绝缘板；3.上板电极；4.雾滴；5.圆孔；6.雾滴速度与粒径测量装置；7.高速数码相机；8.下电极板；9.下绝缘板；10.高压电源。
具体实施方式
参见图1，本发明一种单雾滴荷质比的测量装置包括两块相互平行的电极板，分别是上电极板3和下电极板8，上电极板3和下电极板8之间的垂直间距为h，上电极板3和下电极板8之间的垂直间距可以调整。
上电极板3的上表面紧贴一块上绝缘板2，上绝缘板2能屏蔽上电极板3上方的干扰。下电极板8的下表面紧贴一块下绝缘板9，下绝缘板9能屏蔽下电极板8下方的干扰。
上电极板3接地，为零电极。下电极板8连接高压电源10，高压电源10的电压可以调节。这样，在上电极板3和下电极板8之间产生电场强度为e0的均匀电场。在上电极板3和上绝缘板2的中心区域开有一个圆孔5，圆孔5能容许单个雾滴4（或液滴）通过，单个雾滴4通过此圆孔5向下滴入均匀电场中。电场强度为e0的均匀电场的方向垂直向上，与雾滴4的重力方向相反。
在上绝缘板2的上方布置一个雾滴速度与粒径测量装置6（即相位多普勒粒子分析仪（phasedopplerparticleanalyzer，简称pdpa）），此装置为市购件，可以实时测量出单个雾滴4的v和粒径d。
在单个雾滴4向下滴入圆孔5之前，通过密度计测量获得单个雾滴的密度rd；从而通过公式计算获得单个雾滴4的质量
在上电极板3和下电极板8之间的一侧布置一个光源1，光源1能照亮上电极板3和下电极板8之间的均匀电场，以照亮雾滴4滴入的空间。
在上电极板3和下电极板8之间的另一侧布置一个高速数码相机7，对上电极板3和下电极板8之间的单个雾滴4下落的轨迹图像进行实时记录，并将轨迹图像输入计算机（图1中省略了计算机），计算机通过图像处理软件测量获得单个雾滴4下降的最大距离ym，ym也是单个雾滴4最底部距离上电极板3下底面的垂直距离。
光源1、上绝缘板2、上板电极3、高速数码相机7、下电极板8、下绝缘板9以及高压电源10都安装在一个密封的外盒中，雾滴速度与粒径测量装置6位于外盒上方的一侧。
图1所示的测量装置工作时，打开高压电源10，在上板电极3和下板电极8之间形成电场强度为e0的均匀电场，通过高压电源10的电压u与上电极板3和下电极板8之间的垂直间距h，可以获得均匀电场强度e0，
打开光源1，照亮雾滴4下落的区域，以便高速数码相机7记录的图片清晰，并打开雾滴速度与粒径测量装置6和高速数码相机7，在单个带电雾滴4滴入圆孔5之前，雾滴速度与粒径测量装置6便测量得到单个雾滴4的速度v和粒径d。
调节高压电源10可实现电场强度e0的调节，以保证单个雾滴4受到的电场力大于雾滴4的重力。当雾滴4通过圆孔5向下滴入均匀电场中，雾滴4在均匀电场作用下产生与重力相反的电场力，并且大于重力。单个雾滴4在均匀电场中下降过程中，单个雾滴4最底部与上电极板3下表面之间的垂直距离是雾滴滴落距离y，由于电场力大于重力，因此，雾滴4滴落存在一个最大滴落距离ym，通过高速数码相机7记录的雾滴轨迹图像，能获得单个雾滴4下降的最大距离ym。
调节上电极板3和下电极板8之间的距离可以保证雾滴4下落的最大距离ym始终小于上电极板3和下电极板8之间的垂直间距h。
将测量得到的单个雾滴4的速度v和粒径d、下降的最大距离ym数据经公式（1）计算，获得单个雾滴4的荷电量cq，将单个雾滴4的荷电量cq和单个雾滴4的质量m经公式（2）计算获得荷质比aq：
其中，公式（1）是根据单个雾滴4运动的方程推导得到的，具体推导过程是：根据牛顿第二运动定理，得到单个雾滴4运动的方程为：
式中，m为单个雾滴4的质量；v为雾滴速度；e0为均匀电场的电场强度；cq为单个雾滴4的荷电量；cd为阻力系数，
rg为空气密度，y为雾滴下落的垂直距离。
通过对式（3）进行积分，考虑到雾滴4阻力远小于静电力，在忽略阻力的情况下，可以得到单个雾滴4下降的最大距离ym为：
因此，由式（4）得到式（1）的单个雾滴4的荷电量