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測(cè)量攪拌功率的方法很多，但使用范圍取決于裝置的規(guī)模大小。下面介紹兩種誤差較小的測(cè)量方法。

本法適用于規(guī)模較小的攪拌體系。其工作原理如下：當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，作用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的電磁矩和作用于電動(dòng)機(jī)定子上的電磁矩總是大小相等，方向相反的。因此，只要測(cè)出作用于定子上的扭矩就等于測(cè)得了作用于轉(zhuǎn)子上的扭矩，再扣除轉(zhuǎn)子軸承上的摩擦扭矩后，即可測(cè)得攪拌的實(shí)耗扭矩。由扭矩和攪拌轉(zhuǎn)速便可以計(jì)算出攪拌功率。

轉(zhuǎn)盤固定于電動(dòng)機(jī)的外殼上，電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)盤由推力軸承支撐在支架上，電動(dòng)機(jī)外殼（定子）受到的扭矩由轉(zhuǎn)盤切向引線的拉力構(gòu)成的力矩所平衡。而拉力的大小，通過(guò)滑輪，由天平上的砝碼測(cè)出。砝碼讀數(shù)與轉(zhuǎn)盤半徑之乘積，即為作用于轉(zhuǎn)子上的扭矩。

該方法采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量攪拌軸的扭矩，并以此來(lái)計(jì)算攪拌功率。其基本原理是攪拌軸的扭矩大小與切應(yīng)變成正比，只要測(cè)出攪拌軸外表面上切應(yīng)變大小，即可計(jì)算出扭矩。該方法適用于測(cè)量功率較大的攪拌體系。

將4片電阻絲應(yīng)變片按與軸線成45°的方向，對(duì)稱地粘貼在攪拌軸上，并使之組成電橋。當(dāng)攪拌軸在扭矩的作用下發(fā)生剪切變形時(shí)，應(yīng)變片上電阻絲的長(zhǎng)度與截面也發(fā)生了相應(yīng)的改變，從而引起電阻絲阻值的變化，破壞了電橋的平衡，產(chǎn)生出與切應(yīng)變成線性關(guān)系的電壓信號(hào)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀將此電壓信號(hào)放大后輸人到記錄儀中，讀出切應(yīng)變變化數(shù)據(jù)。

根據(jù)扭矩與切應(yīng)變之間的換算關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可方便地得出攪拌軸的扭矩值，再扣除用空載實(shí)驗(yàn)測(cè)出的密封、軸承等處的摩擦扭矩，即得攪拌時(shí)實(shí)耗的扭矩大小。

固體粒子停留時(shí)間測(cè)量方法有間接法和直接法兩種。間接的測(cè)量是基于總的固體相速度和相分率；而直接法大多借助示蹤劑進(jìn)行測(cè)量。

采用示蹤劑測(cè)量時(shí)，除要求示蹤劑具有與被測(cè)體系有相同的流動(dòng)行為外，還要求具有可辨別的其他物理或化學(xué)性質(zhì)，諸如熒光性、導(dǎo)電性、紅外或介電性等。zui常用的示蹤劑是顏色示蹤劑、化學(xué)示蹤劑、磁性示蹤劑、放射性示蹤劑等。

（1）顏色示蹤劑方法：對(duì)于具有透明壁的設(shè)備，顏色示蹤劑無(wú)疑是簡(jiǎn)單易行的方法。對(duì)于多孔粒子，只需將顏料包埋到粒子中即可。對(duì)于非多孔粒子，zui簡(jiǎn)單的方法是將顏料涂在表面。但由于表面的顏料容易脫落，影響測(cè)量精度。為此，能將顏料均勻地混到粒子中。當(dāng)然無(wú)論是多孔或非多孔體系，顏料須與液相不相溶。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是形象、直接。其缺點(diǎn)或局限性是要求設(shè)備具有透明壁和良好的觀察設(shè)備，如遙控可移動(dòng)的攝像機(jī)及其良好的光學(xué)系統(tǒng)；如果示蹤劑被非示蹤劑粒子包圍，則無(wú)法檢測(cè)到，從面影響精度；同時(shí)能夠觀察到的主要是壁附近的信息，有時(shí)難以代表整體的行為；實(shí)驗(yàn)后的粒子重新分揀通常是困難的，所以物料難以重復(fù)使用，廢料的處理也是個(gè)問(wèn)題。

（2）化學(xué)示蹤劑方法：這種示蹤劑的化學(xué)組成是不同的，所有其他的物理性質(zhì)與非示蹤劑粒子相同。示蹤劑必須不與體系中的其他組分發(fā)生反應(yīng)。取樣必須有代表性。

液相停留時(shí)間分布常用的測(cè)量方法有染料示蹤劑測(cè)量法、電導(dǎo)示蹤法、折射指數(shù)法、放射性法和熱示蹤劑法等。

在采用示蹤劑測(cè)量方法時(shí)，一般要求示蹤劑的流動(dòng)性質(zhì)，特別是密度、粘度、界面張力和互溶性等必須盡可能接近于被測(cè)試介質(zhì)。同時(shí)為了保證相似性，對(duì)于水溶性體系建議用水溶性電解質(zhì)作為示蹤劑，對(duì)于有機(jī)體系則采用可溶于有機(jī)物的物質(zhì)作示蹤劑。

如果混合體系中含有多孔固體，或者容器內(nèi)壁、或內(nèi)部構(gòu)件易于吸收示蹤劑，那么一些示蹤劑就會(huì)被吸附到這些材料上，從而增大測(cè)量難度。此時(shí)就要設(shè)法選擇一種不易被吸附的材料作示蹤劑。

（1）染料示蹤劑測(cè)量法：這種測(cè)量方法的原理很簡(jiǎn)單，首先將示蹤劑在進(jìn)口區(qū)注入，如果釜壁是透明的，可以目測(cè)示蹤劑的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常是將相應(yīng)的檢測(cè)器置于進(jìn)口和出口處，根據(jù)兩處濃度的變化曲線計(jì)算停留時(shí)間分布。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量直接、迅速、成本低；缺點(diǎn)是對(duì)于非常深色的體系或重油的體系，難以找到合適的染料。

（2）電導(dǎo)示蹤法：這種方法通常用于被測(cè)體系是非電導(dǎo)的，面引入電導(dǎo)介質(zhì)作示蹤劑，電導(dǎo)率隨濃度的不同而變化。常用的電解質(zhì)有NaCl、KCl等。該方法具有簡(jiǎn)單、迅速、易于使用等優(yōu)點(diǎn)；但一般只用于水溶性體系。

（3）折射指數(shù)法：這種方法引入了折射指數(shù)，明顯不同于被測(cè)體系的介質(zhì)作為示蹤劑的方法，測(cè)量原理類似于前面的方法。該方法使用簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速；但也只適用于透明體系。

氣體停留時(shí)間的測(cè)量非常類似干前面用于固體粒子和液相體系的測(cè)量方法。其中化學(xué)示蹤劑法是使用zui廣泛的一種測(cè)量方法，常用的示蹤氣體是氦。

混合時(shí)間的檢測(cè)通常是通過(guò)局部注入具有相同流動(dòng)性質(zhì)但不同檢測(cè)性質(zhì)的物質(zhì)，諸如不同的溫度、顏色、電導(dǎo)率、pH等，然后通過(guò)測(cè)量裝置檢測(cè)這些性質(zhì)均勻遍及整個(gè)體系所需的時(shí)間，即為混合時(shí)問(wèn)。

使用兩個(gè)電導(dǎo)電極，一個(gè)裝在釜底，擋板的反面；另一個(gè)電極裝在釜中部靠近液體表面處；然后將兩個(gè)電極接在惠斯頓電橋的兩臂中。若上、下兩極處的電導(dǎo)相等，則電橋無(wú)輸出；反之，若上、下兩電極處的電導(dǎo)差越大，則電橋的輸出就越大。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在一定容積的攪拌釜內(nèi)先放入具有適當(dāng)電導(dǎo)率的液體，保持一定的攪拌速度，快速投入一定體積分?jǐn)?shù)的NaCl溶液，由電導(dǎo)儀跟蹤兩個(gè)電極處NaCl濃度差隨時(shí)間的變化，并由快速電子電位差計(jì)記錄輸出電位隨時(shí)間的變化，繪出相應(yīng)的濃度差-時(shí)間曲線。自NaCl投入時(shí)起到兩個(gè)電極上沒(méi)有濃度差，亦即電橋平衡為止，所需時(shí)間即為混合時(shí)間。

采用該法測(cè)量混合時(shí)間簡(jiǎn)單方便，有較好的重現(xiàn)性，但對(duì)水質(zhì)要求較高。若用無(wú)離子水或電滲析所得純水，則測(cè)量一至二次后，由于水中己含有了NaCl，電阻值便大大降低，再投入鹽水，電導(dǎo)率變化很小。檢出靈敏度降低，不能再用于測(cè)量。而每得一個(gè)混合時(shí)間數(shù)據(jù)，需6-8次實(shí)驗(yàn)后取平均值，純水的消耗量很大，實(shí)驗(yàn)成本很高。另外，由于湍流混合速率很快，當(dāng)釜容積為80 L時(shí)，混合時(shí)間僅5-1 s。若為了節(jié)約用水量使攪拌釜容積減小，則混合時(shí)間更短。如仍采用電子電位差計(jì)記錄，則其響應(yīng)速度和走紙速度明顯跟不上，勢(shì)必增加實(shí)驗(yàn)誤差；此時(shí)，可考慮改用PC機(jī)采樣和記錄電位的變化。

通過(guò)測(cè)量不同槽內(nèi)位置的溫差，可以求得混合時(shí)間。如果借助于計(jì)算機(jī)，可以得到較好的結(jié)果。

對(duì)于高粘流體的混合，可用碘和硫代*的脫色反應(yīng)來(lái)測(cè)定混合時(shí)間。使用該法時(shí)，要求攪拌釜和流體必須透明。先在釜內(nèi)流體中加人一定量的碘溶液，通過(guò)攪拌使流體均勻著色，在穩(wěn)定的攪拌轉(zhuǎn)速下將適當(dāng)過(guò)量的硫代*溶液快速加入釜內(nèi)，用眼睛觀察或用光電池監(jiān)視其褪色情況。從投入硫代*溶液起到顏色褪至某個(gè)規(guī)定程度所需的時(shí)間就是混合時(shí)間。

每個(gè)相所占有的體積分率稱之為相分率，通常用符號(hào)e加上適當(dāng)?shù)南聵?biāo)表示。很顯然：固相分率、液相分率與氣相分率的和為1。

值得注意的是，不同相的進(jìn)料速度之比通常不同于混合器中實(shí)際的相分率。常用測(cè)量相分率的方法有壓力法、電容法、體積法、光學(xué)法等。

固體粒子相分率的測(cè)量方法有體積法、電容法、壓力法、光學(xué)法和伽馬射線法等。

①體積法：如果固體的體積已知，或者其質(zhì)量和密度已知，則根據(jù)混合體系體積的測(cè)量，可以方便地計(jì)算固體的相分率。

②局部分離方法：這種方法是局部取樣，再分析相分率。方法非常簡(jiǎn)單，但是必須保證取樣時(shí)不干擾體系內(nèi)流動(dòng)，所有相能夠按照原來(lái)的比例被取出。

③壓力法：這種方法是基于測(cè)量體系中兩點(diǎn)壓差與無(wú)固含率時(shí)的變化。如果體系的動(dòng)壓頭相對(duì)于靜壓的變化可以忽略，這種方法是很有價(jià)值的。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常簡(jiǎn)單，可以用于高溫、高壓操作，尤其是適合于工業(yè)反應(yīng)器操作，如果高度足夠，可以達(dá)到很高的精度；其缺點(diǎn)是通常只適用于兩相體系。

氣相或液相相分率的測(cè)量方法有液位法、壓差法、流動(dòng)法、光電法等數(shù)種。其中液位法通常只適用于間歇操作體系；光電法適用于局部測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是可獲得分布信息，但要獲得全部信息量的總和則需要進(jìn)行大量的測(cè)量；壓差法比較簡(jiǎn)單方便，但是隨著體系操作壓力的增高，精度迅速下降。

經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)研究和理論探索，當(dāng)今的流體混合技術(shù)已進(jìn)人快速發(fā)展時(shí)期，并積累了大量可用于分析和預(yù)測(cè)混合體系的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式。但由于流體混合體系的多樣性和物料流變特性的復(fù)雜性，目前對(duì)于攪拌設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)還主要依賴經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)其優(yōu)劣很難用理論預(yù)測(cè)，對(duì)于能耗和生產(chǎn)成本，只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上進(jìn)行對(duì)比后才能分出高低。另外對(duì)攪拌設(shè)備的放大規(guī)律至今仍無(wú)足夠的認(rèn)識(shí)，缺少理論指導(dǎo)。因此從更微觀更本質(zhì)的角度，采用*的測(cè)試手段和計(jì)算流體力學(xué)方法，獲取攪拌設(shè)備中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)，不僅對(duì)攪拌與混合設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且對(duì)放大和混合的基礎(chǔ)研究具有現(xiàn)實(shí)的理論意義。

攪拌設(shè)備內(nèi)流速的測(cè)量是一件復(fù)雜的工作。這是由于攪拌設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)是三維和高度不穩(wěn)定的湍流，脈動(dòng)和隨機(jī)湍流給流速測(cè)量帶來(lái)了很大困難。早期的流速測(cè)量方法如畢托管、電磁流速計(jì)、壓電探頭和或熱膜風(fēng)速儀等，都由于插人流場(chǎng)中的探頭而使流動(dòng)受到干擾。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始運(yùn)用激光多普勒測(cè)速儀LDV（Laser Doppler Velocimetry）來(lái)測(cè)量攪拌釜內(nèi)流場(chǎng)。LDV測(cè)量是在某一測(cè)點(diǎn)處一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，因此所測(cè)速度是時(shí)均定量值，通過(guò)對(duì)攪拌釜中每一點(diǎn)的測(cè)量可以得到整個(gè)流場(chǎng)。但由于這些測(cè)量不能同時(shí)進(jìn)行，因此LDV不能用于研究非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

為了研究時(shí)變流動(dòng)，必須采用更*的粒子成像測(cè)速儀PIV（Particle Image Velocimetry），可在瞬時(shí)得到整個(gè)流場(chǎng)分布。其原理是攪拌設(shè)備由一狹縫激光束照射，用兩個(gè)脈沖激發(fā)光源，得到粒于場(chǎng)的兩次曝光圖像，接著從曝光時(shí)間內(nèi)粒子的位移計(jì)算出速度場(chǎng)。但PIV的技術(shù)開(kāi)發(fā)仍未*，尚處于應(yīng)用初期，目前還不能很好地測(cè)量高速湍流下的湍流參數(shù)。

利用LDV測(cè)量技術(shù)，可以準(zhǔn)確獲取攪拌釜中豐富的信息如時(shí)均速度場(chǎng)、湍流強(qiáng)度場(chǎng)、雷諾應(yīng)力場(chǎng)、剪切速率場(chǎng)，并可進(jìn)一步計(jì)算得到宏觀特征參數(shù)如排量和功耗等。因此目前LDV測(cè)量數(shù)據(jù)的一個(gè)主要用途就是驗(yàn)證CFD（Computational Fluid Dynamics）模型的仿真結(jié)果和提供模型邊界條件。近幾年LDV還被用于測(cè)量多層槳的攪拌特性，如排量和循環(huán)流量等。因?yàn)樵趩螌訑嚢杵鳁l件下所采用的測(cè)量排量的粒子跟蹤法，在多層槳條件下是不適用的。

LDV僅僅提供了一些重要參數(shù)如排量準(zhǔn)數(shù)、時(shí)均速度和脈動(dòng)速度的分布等，而不能從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)混合與流動(dòng)，無(wú)法改變?nèi)涨斑@種依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)放大的現(xiàn)狀。因此采用計(jì)算流體力學(xué)的方法，來(lái)模擬和預(yù)測(cè)不同幾何尺寸和操作條件的攪拌設(shè)備中詳細(xì)的流動(dòng)和混合特性，是流體混合技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

攪拌設(shè)備內(nèi)流動(dòng)數(shù)值模擬目前應(yīng)用zui廣泛的是對(duì)攪拌器采用黑箱模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，即由實(shí)驗(yàn)測(cè)得攪拌器周圍虛構(gòu)表面的速度場(chǎng)作為邊界條件或?qū)~對(duì)流體的作用看作流體動(dòng)量的產(chǎn)生源。從數(shù)值計(jì)算來(lái)看，黑箱模型具有簡(jiǎn)捷、方便等特點(diǎn)，能較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)攪拌器在不同條件下的運(yùn)動(dòng)特性，但該方法需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為槳葉邊界條件，因此不能用于多相流體系的模擬。

CFDzui重要的應(yīng)用（也是CFD技術(shù)的zui主要優(yōu)點(diǎn)）是對(duì)流場(chǎng)的分析，可以明確在不同攪拌器的型式、尺寸、離底距離等條件下，流場(chǎng)對(duì)混合、懸浮和分散等過(guò)程的影響，即CFD流動(dòng)、能量耗散等的計(jì)算可視化。從而使用戶可以直觀地了解釜內(nèi)的混合情況，幫助用戶確定已存在系統(tǒng)中的問(wèn)題，指導(dǎo)用戶進(jìn)行攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，消除死區(qū)，確定加料口位置等。目前國(guó)外的專業(yè)混合設(shè)備公司己經(jīng)利用CFD技術(shù)優(yōu)化攪拌器的幾何尺寸，開(kāi)發(fā)了第二代軸向流攪拌器。

CFD的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)就是模型的設(shè)備大小無(wú)關(guān)性，一旦它們被驗(yàn)證可以合理準(zhǔn)確地描述攪拌反應(yīng)器過(guò)程，就被用于放大，以預(yù)計(jì)放大后的棍合和反應(yīng)性能。

隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，可壓縮性流體和一些簡(jiǎn)單的非彈性粘性流體在商業(yè)軟件中已經(jīng)可以模擬。目前多相流（尤其是氣-液體系）混合的CFD模擬也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但與實(shí)際應(yīng)用仍有相當(dāng)距離。

電子過(guò)程斷層成像技術(shù)EPT是一種多相流體系的非接觸式的實(shí)時(shí)檢測(cè)和可視化技術(shù)，可以測(cè)量不透明介質(zhì)的流場(chǎng)。

EPT的工作原理與醫(yī)學(xué)測(cè)試儀器中的CT相差不多。在被測(cè)攪拌釜或管道外壁等距離貼附一組8到16只傳感器一周，此傳感器為長(zhǎng)方形不銹鋼電極片，既是發(fā)射器又是接收器。釜或管道內(nèi)要有兩種具有不同電性能（電導(dǎo)率、電容率等）的物料（不同電導(dǎo)率的液體、氣體和固體、液體和固體），然后在有規(guī)律的電脈沖作用下，所有可能的相鄰傳感器組合的電壓通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元傳送回計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將記錄所有電極的信號(hào)和先后次序，并采用圖像重建技術(shù)還原出釜或管道橫截面的圖像，每秒可獲得高達(dá)100幀圖像。如果采用多組傳感器對(duì)不同高度進(jìn)行斷層成像，則可在圖像重建技術(shù)的輔助下，建立釜或管道的三維圖像和實(shí)體造型。

EPT系統(tǒng)*危險(xiǎn)、價(jià)格便宜、易于制造，響應(yīng)速度比CT快且可以滿足工業(yè)實(shí)時(shí)過(guò)程要求。但圖像解析度比CT要低。

由于EPT可以準(zhǔn)確地測(cè)量出攪拌反應(yīng)器中的流動(dòng)區(qū)域、速度場(chǎng)、氣體和固體組分濃度分布，而這些數(shù)據(jù)可用于從空間和時(shí)間兩方面驗(yàn)證多相體系的混合模型和CFD模型，因而EPT技術(shù)可直接用于優(yōu)化攪拌器的設(shè)計(jì)和操作，隨著電子技術(shù)、圖像重建算法和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，EPT還將被用于過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)和控制。