CN103513119A - 静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置，所述测量方法是先确定分选机转辊表面的有效荷电区域，再对有效荷电区域的转辊表面进行分区，在分区内黏贴铜箔胶带，将铜箔胶带连接微安表，然后测量铜箔胶带表面的电晕电流，计算面电荷密度，最终得到转辊表面的电荷密度分布情况。本发明把分选机转辊的表面细分成一个一个的长条细小区域，然后再对每个细小区域的电晕电流进行测量，再用电流的强度计算出面电荷密度，从而得到面电荷分布的情况。本发明测量方法及装置经济实用，操作简单，易于实现，且测量准确，对高压静电分选机的结构改进设计具有重要的指导意义，解决了静电分选机转辊表面电荷密度分布不能测量的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种物体表面电荷密度分布的测量，具体地说是一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法及测量装置。
背景技术
高压静电分选是常用的分选金属和非金属的方法，可分选尺寸小于0.1 mm的颗粒，甚至能从粉尘中回收贵重金属。静电分选方法最早应用于矿产工业中处理矿石，由于电子产品中的金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十甚至几百倍，目前高压静电分选技术已经广泛应用于废旧电路板的回收。高压静电分选是在分选机内部构建高压静电场，利用待分选颗粒中金属与非金属物质之间导电性质的差异，使其在电场力、重力和机械力的共同作用下实现分离。1988年Taylor等首次利用该技术，采用辊式静电分选机成功地分选回收了破碎电缆中的金属、塑料以及橡胶等物质。为提高分选效率，国内外众多学者对静电分选机工作机理做了很多研究。
目前，高压静电分选装置的研究，只是测量整个转辊上的电晕电流，反映的是转辊0—360°表面总的电荷量，它不能测量转辊表面有效荷电区域中各个位置点所喷落的电荷的具体数值，因而也就无法确定0—90°的有效荷电区域各个角度（即区域）面电荷密度的数值，无法准确定位分选机中电晕放电极与水平方向的夹角、电晕放电极与转辊的垂直距离、线状电晕放电极的根数、电晕放电极的形状等变化时，喷落到荷电区域的电荷密度是如何变化的，无法确定待分选物料在不同荷电区域荷电效果的影响。没有准确的荷电数据作参考，也就不能对高压静电分选机进行有针对性的改进设计，以使其提高分选效率。
发明内容
本发明的目的之一就是提供一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法，以解决对分选机转辊表面荷电区域的电荷密度分布不能测量的问题。
本发明的目的之二就是提供一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量装置，以实现对分选机转辊表面荷电区域电荷密度分布的精确测量。
本发明的目的之一是这样实现的：一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法，包括以下步骤：
a、确定分选机转辊表面的有效荷电区域：以转辊径向截圆的圆周第Ⅰ象限所对应的0—90°范围内的转辊表面为分选机转辊表面的有效荷电区域；
b、对有效荷电区域的转辊表面进行分区：将有效荷电区域的转辊表面细分成若干从转辊一端到转辊另一端与转辊轴线平行的直线细条区，各细条区的宽度可以相等或不等；
c、在分区内黏贴铜箔胶带：在转辊表面的每个分区内涂敷一层粘性绝缘物质层，在所述粘性绝缘物质层上再黏贴一条外表面为导电铜箔层的铜箔胶带，铜箔胶带与转辊绝缘，两相邻分区内的铜箔胶带之间有均匀的间隙，并相互绝缘；
d、铜箔胶带连接微安表：在同一端的每条铜箔胶带的导电铜箔层上分别焊接导线，导线的另一端通过阵列开关共接至微安表；
e、铜箔胶带表面电晕电流的测量：接通高压静电分选机的高压电源，电晕电极与转辊之间随即发生强烈的电晕放电，接通阵列开关中的一个子开关，即可测量对应的一条铜箔胶带表面流经的电晕电流值；
f、面电荷密度的计算：将某条铜箔胶带上所测出的电晕电流值除以该条铜箔胶带的面积，即可得出单位面积上的电量值，该电量值即为该铜箔胶带在转辊表面所在位置处的面电荷密度；
g、转辊表面电荷密度分布的计算：通过转换阵列开关中不同的子开关，即可逐一测量出转辊表面有效荷电区域内所有铜箔胶带表面流经的电晕电流值，并计算出转辊表面有效荷电区域内各条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，从而得到高压静电分选机转辊表面有效荷电区域内的电荷密度的分布情况。
测量时，通过对阵列开关的转换控制，可任意测量一条或多条铜箔胶带上的电晕电流。
本发明测量方法供了一种分选机转辊有效荷电区域面电荷密度分布的测量方法，与以前的测量整个转辊电流的方法不同，本发明把分选机转辊的表面细分成一个一个的长条状细小区域，然后再对每个细小区域的电晕电流进行测量，再根据电晕电流的数值计算出面电荷密度，从而得到面电荷分布的情况。本发明测量方法经济实用，操作简单，易于实现，且测量准确，对高压静电分选机的结构改进设计具有重要的指导意义，解决了静电分选机转辊表面荷电区域的电荷密度分布不能测量的技术难题。
本发明的目的之二是这样实现的：一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量装置，包括若干条黏贴在分选机转辊上的铜箔胶带，所述铜箔胶带的外表面为导电铜箔层，所述铜箔胶带从分选机转辊的一端粘贴到转辊的另一端，并与转辊的轴线相平行；在分选机转辊表面与所述铜箔胶带之间设有一层粘性绝缘物质层，使所述铜箔胶带与分选机转辊绝缘；两相邻所述铜箔胶带之间有保持相互绝缘的均匀间隙；在同一端的每条铜箔胶带的导电铜箔层上分别焊接有导线，所述导线的另一端通过阵列开关共接至微安表。
接通所述阵列开关中的一个子开关，通过所述微安表测量得到一条所述铜箔胶带表面流经的电晕电流值，再除以该条铜箔胶带的面积，即为单位面积上的电量值，也就是该铜箔胶带在分选机转辊表面所在位置处的面电荷密度；转换所述阵列开关中不同的子开关，逐一测出分选机转辊表面所有所述铜箔胶带表面流经的电晕电流值，并计算出每条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，即可得到分选机转辊表面的电荷密度分布情况。
本发明测量装置结构简单，高效实用，其可以方便地测量静电分选机转辊有效荷电区间的面电荷密度分布，为高压静电分选机设计生产中电晕线的安装位置的确定及电晕线形状和数量的改进提供准确依据。
附图说明
图1是高压静电分选机的工作原理示意图。
图2是本发明测量装置的结构示意图。
图3是铜箔胶带在转辊上的分布及与电晕放电极的相对位置示意图。
图3中：X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，R是转辊半径，L是电晕放电极到转辊轴心的距离。
具体实施方式
高压静电分选机的结构及工作原理如图1所示，其静电分选过程是：待分选的物料颗粒经馈料系统1和输料带2均匀地散布在转辊6的光滑表面上，转辊6的轴心接地，形成接地转动电极。转辊6与电晕放电极7相对的部分，形成荷电区3，物料在经过荷电区3时荷电。电晕放电极7（一般接几万伏的负高压）与转辊6之间发生强烈的电晕放电，使电晕线周围的空气电离，产生大量的电子、正离子和负离子。由于电晕放电极(一般为细金属线)7与转辊6表面的距离不等，因此，在电晕放电极7与转辊6之间会形成非均匀电场，电晕放电极7距离转辊6表面近的地方的电场强度大，产生的离子密度也大，待分选物料颗粒经过时被荷电就越充分，物料下落并随转辊6转动到荷电区3处时，电场中的离子会吸附在待分选物料的表面，使物料荷电。荷电的物料与作为接地极的转辊6进行电荷交换，导电物料放电速度快，非导电物料放电速度慢。随后，荷电的物料进入分选区，导电物料与转辊电极的极性相同，受转辊电极的排斥，脱离转辊表面，并受偏转电极8的强烈吸引，使之沿重力、离心力和电场力的合力方向下落到收集器的右侧；而放电速度慢的非导电物料，由于自身的负电荷没完全释放，且受偏向电极8的强烈排斥，便牢固的吸附在接地转辊电极的表面上，随转辊6转动至毛刷5处，被固定毛刷5强制刷掉，散落到收集器的左侧，收集器的中间散落的既有金属颗粒，也有非金属颗粒，由此完成两种不同电性物料的分离。
由图1、图3可见，由于电晕放电极7的设置位置所致，分选机转辊表面的荷电区域3只有其一周的四分之一，因此，我们只需测量第Ⅰ象限0—90°的电荷密度分布，只有这个象限的转辊表面区间，才是物料与电晕电场落到转辊上的电荷扩散、碰撞而荷电的有效区间；圆周上其他三个象限为非荷电区域，测量其表面电荷没有什么实际意义。因此把转辊上0—90°的第Ⅰ象限区域确定为分选机转辊表面的有效荷电区域。
实施例1
本发明静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法是：
1、确定分选机转辊表面的有效荷电区域：以转辊6径向截圆的圆周第Ⅰ象限所对应的0—90°范围内的转辊表面为分选机转辊表面的有效荷电区域3（图3）。
2、对有效荷电区域的转辊表面进行分区：将有效荷电区域3的转辊表面细分成若干从转辊一端到转辊另一端与转辊轴线平行的直线细条区（图2），各细条区的宽度最好相等，并且为得到精确测量数据，细条区的宽度（L1）越细越好。
3、在分区内黏贴铜箔胶带：在转辊表面的每个分区内涂敷一层粘性绝缘物质层，在粘性绝缘物质层上再黏贴一条外表面为导电铜箔层的铜箔胶带9，铜箔胶带9与转辊6绝缘，两相邻分区内的铜箔胶带之间有均匀的间隙（L2），并相互绝缘。
4、铜箔胶带连接微安表：在同一端的每条铜箔胶带9的导电铜箔层上分别焊接导线10，导线10的另一端连接到阵列开关11上，再通过阵列开关共接到微安表12上，微安表12的另一端接地线。
5、铜箔胶带表面电晕电流的测量：接通高压静电分选机的高压电源，电晕电极7与转辊6之间随即发生强烈的电晕放电，接通阵列开关11中的一个子开关，即可测量对应的一条铜箔胶带9表面流经的电晕电流值.
6、面电荷密度的计算：将某条铜箔胶带9上所测出的电晕电流值除以该条铜箔胶带的面积（L1×L3），即可得出单位面积上的电量值，该电量值即为该铜箔胶带在转辊表面所在位置处的面电荷密度.
7、转辊表面电荷密度分布的计算：通过转换阵列开关11中不同的子开关，即可逐一测量出转辊表面有效荷电区域3内所有铜箔胶带9表面流经的电晕电流值，并计算出转辊表面有效荷电区域内各条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，从而得到高压静电分选机转辊表面有效荷电区域内的电荷密度的分布情况。
测量时，通过对阵列开关的转换控制，可任意测量一条或多条铜箔胶带上的电晕电流。
固体带电时，电荷分布在固体表面。在电磁学里，电荷密度是一种度量，描述电荷分布的密度。假设电荷分布于一个平面或一个物体的表面，则其面电荷密度是每单位面积所带的电量，单位为库仑/平方米(C/m2)。电流是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，因此，测量出每条铜箔胶带所流经的电流，再除以每条铜箔胶带的面积，就可计算出单位面积的电量，也就是面电荷密度(C/m2)。通过对转辊表面的面电荷密度的测量，能够得到0—90°转辊表面荷电区间的面电荷密度的分布曲线。
通过测量转辊0—90°的有效荷电区间中相对电晕放电极不同角度的铜箔胶带上的电流，就能确定转辊有效荷电区域内，相对电晕放电极不同高度、各个不同角度的面电荷密度分布，由此即可为电晕放电极在高压静电分选机中的安装位置（包括与水平方向的夹角及与转辊的垂直距离等）的确定，以及电晕放电极的形状（包括细圆线、星型线、芒刺线等）的设计提供准确依据。
实施例2
如图2所示，本发明静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量装置，包括若干条黏贴在分选机转辊上的铜箔胶带9，铜箔胶带9的外表面为导电铜箔层，铜箔胶带9从分选机转辊6的一端粘贴到转辊的另一端，并与转辊6的轴线相平行。在分选机转辊表面与铜箔胶带9之间设有一层粘性绝缘物质层，使铜箔胶带与分选机转辊绝缘。两相邻铜箔胶带9之间有保持相互绝缘的均匀间隙。在同一端的每条铜箔胶带9的导电铜箔层上分别焊接有导线10，导线10的另一端通过阵列开关11共接至微安表12。
接通阵列开关11中的一个子开关，通过微安表12测量得到一条铜箔胶带表面流经的电晕电流值，再除以该条铜箔胶带的面积，即为单位面积上的电量值，也就是该铜箔胶带在分选机转辊表面所在位置处的面电荷密度。转换阵列开关11中不同的子开关，逐一测出分选机转辊表面所有铜箔胶带表面流经的电晕电流值，并计算出每条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，即可得到分选机转辊表面的电荷密度分布曲线。
Claims (4)
1.一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量方法，其特征是，包括以下步骤：
a、确定分选机转辊表面的有效荷电区域：以转辊径向截圆的圆周第Ⅰ象限所对应的0—90°范围内的转辊表面为分选机转辊表面的有效荷电区域；
b、对有效荷电区域的转辊表面进行分区：将有效荷电区域的转辊表面细分成若干从转辊一端到转辊另一端与转辊轴线平行的直线细条区，各细条区的宽度可以相等或不等；
c、在分区内黏贴铜箔胶带：在转辊表面的每个分区内涂敷一层粘性绝缘物质层，在所述粘性绝缘物质层上再黏贴一条外表面为导电铜箔层的铜箔胶带，铜箔胶带与转辊绝缘，两相邻分区内的铜箔胶带之间有均匀的间隙，并相互绝缘；
d、铜箔胶带连接微安表：在同一端的每条铜箔胶带的导电铜箔层上分别焊接导线，导线的另一端通过阵列开关共接至微安表；
e、铜箔胶带表面电晕电流的测量：接通高压静电分选机的高压电源，电晕电极与转辊之间随即发生强烈的电晕放电，接通阵列开关中的一个子开关，即可测量对应的一条铜箔胶带表面流经的电晕电流值；
f、面电荷密度的计算：将某条铜箔胶带上所测出的电晕电流值除以该条铜箔胶带的面积，即可得出单位面积上的电量值，该电量值即为该铜箔胶带在转辊表面所在位置处的面电荷密度；
g、转辊表面电荷密度分布的计算：通过转换阵列开关中不同的子开关，即可逐一测量出转辊表面有效荷电区域内所有铜箔胶带表面流经的电晕电流值，并计算出转辊表面有效荷电区域内各条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，从而得到高压静电分选机转辊表面有效荷电区域内的电荷密度的分布情况。
2.根据权利要求1所述的静电分选机转辊表面电荷密度分布测量方法，其特征是，测量时，通过对阵列开关的转换控制，可任意测量一条或多条铜箔胶带上的电晕电流。
3.一种静电分选机转辊表面电荷密度分布的测量装置，其特征是，包括若干条黏贴在分选机转辊上的铜箔胶带，所述铜箔胶带的外表面为导电铜箔层，所述铜箔胶带从分选机转辊的一端粘贴到转辊的另一端，并与转辊的轴线相平行；在分选机转辊表面与所述铜箔胶带之间设有一层粘性绝缘物质层，使所述铜箔胶带与分选机转辊绝缘；两相邻所述铜箔胶带之间有保持相互绝缘的均匀间隙；在同一端的每条铜箔胶带的导电铜箔层上分别焊接有导线，所述导线的另一端通过阵列开关共接至微安表。
4.根据权利要求1所述的静电分选机转辊表面电荷密度分布测量装置，其特征是，接通所述阵列开关中的一个子开关，通过所述微安表测量得到一条所述铜箔胶带表面流经的电晕电流值，再除以该条铜箔胶带的面积，即为单位面积上的电量值，也就是该铜箔胶带在分选机转辊表面所在位置处的面电荷密度；转换所述阵列开关中不同的子开关，逐一测出分选机转辊表面所有所述铜箔胶带表面流经的电晕电流值，并计算出每条铜箔胶带所在位置上的面电荷密度，即可得到分选机转辊表面的电荷密度分布情况。
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