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測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：當電動機工作時，作用于電動機轉(zhuǎn)子上的電磁矩和作用于電動機定子上的電磁矩總是大小相等，方向相反的。因此，只要測出作用于定子上的扭矩就等于測得了作用于轉(zhuǎn)子上的扭矩，再扣除轉(zhuǎn)子軸承上的摩擦扭矩后，即可測得攪拌的實耗扭矩。由扭矩和攪拌轉(zhuǎn)速便可以計算出攪拌功率。

轉(zhuǎn)盤固定于電動機的外殼上，電動機和轉(zhuǎn)盤由推力軸承支撐在支架上，電動機外殼（定子）受到的扭矩由轉(zhuǎn)盤切向引線的拉力構成的力矩所平衡。而拉力的大小，通過滑輪，由天平上的砝碼測出。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。

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

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

根據(jù)扭矩與切應變之間的換算關系，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可方便地得出攪拌軸的扭矩值，再扣除用空載實驗測出的密封、軸承等處的摩擦扭矩，即得攪拌時實耗的扭矩大小。

固體粒子停留時間測量方法有間接法和直接法兩種。間接的測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行測量。

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

（1）顏色示蹤劑方法：對于具有透明壁的設備，顏色示蹤劑無疑是簡單易行的方法。對于多孔粒子，只需將顏料包埋到粒子中即可。對于非多孔粒子，zui簡單的方法是將顏料涂在表面。但由于表面的顏料容易脫落，影響測量精度。為此，能將顏料均勻地混到粒子中。當然無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)點是形象、直接。其缺點或局限性是要求設備具有透明壁和良好的觀察設備，如遙控可移動的攝像機及其良好的光學系統(tǒng)；如果示蹤劑被非示蹤劑粒子包圍，則無法檢測到，從面影響精度；同時能夠觀察到的主要是壁附近的信息，有時難以代表整體的行為；實驗后的粒子重新分揀通常是困難的，所以物料難以重復使用，廢料的處理也是個問題。

（2）化學示蹤劑方法：這種示蹤劑的化學組成是不同的，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。取樣必須有代表性。

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

在采用示蹤劑測量方法時，一般要求示蹤劑的流動性質(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試介質(zhì)。同時為了保證相似性，對于水溶性體系建議用水溶性電解質(zhì)作為示蹤劑，對于有機體系則采用可溶于有機物的物質(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)部構件易于吸收示蹤劑，那么一些示蹤劑就會被吸附到這些材料上，從而增大測量難度。此時就要設法選擇一種不易被吸附的材料作示蹤劑。

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

（2）電導示蹤法：這種方法通常用于被測體系是非電導的，面引入電導介質(zhì)作示蹤劑，電導率隨濃度的不同而變化。常用的電解質(zhì)有NaCl、KCl等。該方法具有簡單、迅速、易于使用等優(yōu)點；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)，明顯不同于被測體系的介質(zhì)作為示蹤劑的方法，測量原理類似于前面的方法。該方法使用簡單、響應迅速；但也只適用于透明體系。

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

混合時間的檢測通常是通過局部注入具有相同流動性質(zhì)但不同檢測性質(zhì)的物質(zhì)，諸如不同的溫度、顏色、電導率、pH等，然后通過測量裝置檢測這些性質(zhì)均勻遍及整個體系所需的時間，即為混合時問。

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

實驗時，在一定容積的攪拌釜內(nèi)先放入具有適當電導率的液體，保持一定的攪拌速度，快速投入一定體積分數(shù)的NaCl溶液，由電導儀跟蹤兩個電極處NaCl濃度差隨時間的變化，并由快速電子電位差計記錄輸出電位隨時間的變化，繪出相應的濃度差-時間曲線。自NaCl投入時起到兩個電極上沒有濃度差，亦即電橋平衡為止，所需時間即為混合時間。

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

通過測量不同槽內(nèi)位置的溫差，可以求得混合時間。如果借助于計算機，可以得到較好的結果。

對于高粘流體的混合，可用碘和硫代*的脫色反應來測定混合時間。使用該法時，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，通過攪拌使流體均勻著色，在穩(wěn)定的攪拌轉(zhuǎn)速下將適當過量的硫代*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規(guī)定程度所需的時間就是混合時間。

每個相所占有的體積分率稱之為相分率，通常用符號e加上適當?shù)南聵吮硎?。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，不同相的進料速度之比通常不同于混合器中實際的相分率。常用測量相分率的方法有壓力法、電容法、體積法、光學法等。

固體粒子相分率的測量方法有體積法、電容法、壓力法、光學法和伽馬射線法等。

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)混合體系體積的測量，可以方便地計算固體的相分率。

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

③壓力法：這種方法是基于測量體系中兩點壓差與無固含率時的變化。如果體系的動壓頭相對于靜壓的變化可以忽略，這種方法是很有價值的。

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

氣相或液相相分率的測量方法有液位法、壓差法、流動法、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量，其優(yōu)點是可獲得分布信息，但要獲得全部信息量的總和則需要進行大量的測量；壓差法比較簡單方便，但是隨著體系操作壓力的增高，精度迅速下降。

經(jīng)過近一個世紀的實驗研究和理論探索，當今的流體混合技術已進人快速發(fā)展時期，并積累了大量可用于分析和預測混合體系的設計經(jīng)驗和關聯(lián)式。但由于流體混合體系的多樣性和物料流變特性的復雜性，目前對于攪拌設備的選型和設計還主要依賴經(jīng)驗和實驗，對其優(yōu)劣很難用理論預測，對于能耗和生產(chǎn)成本，只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上進行對比后才能分出高低。另外對攪拌設備的放大規(guī)律至今仍無足夠的認識，缺少理論指導。因此從更微觀更本質(zhì)的角度，采用*的測試手段和計算流體力學方法，獲取攪拌設備中的速度場、溫度場和濃度場，不僅對攪拌與混合設備的優(yōu)化設計具有重要的經(jīng)濟意義，而且對放大和混合的基礎研究具有現(xiàn)實的理論意義。

攪拌設備內(nèi)流速的測量是一件復雜的工作。這是由于攪拌設備內(nèi)的流動是三維和高度不穩(wěn)定的湍流，脈動和隨機湍流給流速測量帶來了很大困難。早期的流速測量方法如畢托管、電磁流速計、壓電探頭和或熱膜風速儀等，都由于插人流場中的探頭而使流動受到干擾。20世紀80年代以來，國內(nèi)外開始運用激光多普勒測速儀LDV（Laser Doppler Velocimetry）來測量攪拌釜內(nèi)流場。LDV測量是在某一測點處一段時間內(nèi)進行的，因此所測速度是時均定量值，通過對攪拌釜中每一點的測量可以得到整個流場。但由于這些測量不能同時進行，因此LDV不能用于研究非穩(wěn)態(tài)流動。

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

利用LDV測量技術，可以準確獲取攪拌釜中豐富的信息如時均速度場、湍流強度場、雷諾應力場、剪切速率場，并可進一步計算得到宏觀特征參數(shù)如排量和功耗等。因此目前LDV測量數(shù)據(jù)的一個主要用途就是驗證CFD（Computational Fluid Dynamics）模型的仿真結果和提供模型邊界條件。近幾年LDV還被用于測量多層槳的攪拌特性，如排量和循環(huán)流量等。因為在單層攪拌器條件下所采用的測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)如排量準數(shù)、時均速度和脈動速度的分布等，而不能從本質(zhì)上認識混合與流動，無法改變?nèi)涨斑@種依靠經(jīng)驗來放大的現(xiàn)狀。因此采用計算流體力學的方法，來模擬和預測不同幾何尺寸和操作條件的攪拌設備中詳細的流動和混合特性，是流體混合技術的發(fā)展趨勢。

攪拌設備內(nèi)流動數(shù)值模擬目前應用zui廣泛的是對攪拌器采用黑箱模型進行穩(wěn)態(tài)分析，即由實驗測得攪拌器周圍虛構表面的速度場作為邊界條件或?qū)~對流體的作用看作流體動量的產(chǎn)生源。從數(shù)值計算來看，黑箱模型具有簡捷、方便等特點，能較準確地預報攪拌器在不同條件下的運動特性，但該方法需要實驗數(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重要的應用（也是CFD技術的zui主要優(yōu)點）是對流場的分析，可以明確在不同攪拌器的型式、尺寸、離底距離等條件下，流場對混合、懸浮和分散等過程的影響，即CFD流動、能量耗散等的計算可視化。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)中的問題，指導用戶進行攪拌器的優(yōu)化設計，消除死區(qū)，確定加料口位置等。目前國外的專業(yè)混合設備公司己經(jīng)利用CFD技術優(yōu)化攪拌器的幾何尺寸，開發(fā)了第二代軸向流攪拌器。

CFD的另一個主要優(yōu)點就是模型的設備大小無關性，一旦它們被驗證可以合理準確地描述攪拌反應器過程，就被用于放大，以預計放大后的棍合和反應性能。

隨著CFD技術的發(fā)展，可壓縮性流體和一些簡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模擬也得到了長足發(fā)展，但與實際應用仍有相當距離。

電子過程斷層成像技術EPT是一種多相流體系的非接觸式的實時檢測和可視化技術，可以測量不透明介質(zhì)的流場。

EPT的工作原理與醫(yī)學測試儀器中的CT相差不多。在被測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（電導率、電容率等）的物料（不同電導率的液體、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數(shù)據(jù)采集單元傳送回計算機。計算機將記錄所有電極的信號和先后次序，并采用圖像重建技術還原出釜或管道橫截面的圖像，每秒可獲得高達100幀圖像。如果采用多組傳感器對不同高度進行斷層成像，則可在圖像重建技術的輔助下，建立釜或管道的三維圖像和實體造型。

EPT系統(tǒng)*危險、價格便宜、易于制造，響應速度比CT快且可以滿足工業(yè)實時過程要求。但圖像解析度比CT要低。

由于EPT可以準確地測量出攪拌反應器中的流動區(qū)域、速度場、氣體和固體組分濃度分布，而這些數(shù)據(jù)可用于從空間和時間兩方面驗證多相體系的混合模型和CFD模型，因而EPT技術可直接用于優(yōu)化攪拌器的設計和操作，隨著電子技術、圖像重建算法和計算機硬件的發(fā)展，EPT還將被用于過程的在線監(jiān)測和控制。