CN105277788A - 一种测量块状物料结构比电阻的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量块状物料结构比电阻的装置，该装置自上而下设置的加压装置、料槽以及压力感应装置；所述料槽内部的顶端和底端分别设置上、下电极，所述上、下电极与电阻测量装置相连。本发明还提供了一种采用所述装置测量块状物料结构比电阻的方法。本发明提供的装置及方法可以实现块状混合物料的结构比电阻的准确测量，填补了该方面的空白。将本发明提供应用于电石的生产中，为电石炉的操作和稳定运行提供可靠的电气参数和指导，具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量块状物料结构比电阻值的装置以及方法。
背景技术
块状物料的结构比电阻是一项重要的性质参数，这一参数由物料的本身的性质以及物料承受的压力等一系列因素相关，且波动范围较大。对块状物料结构比电阻值的检测，可以指导工业化生产中对原料投入比例、用量以及生产条件的控制，具重要的实用意义。
以电石生产工艺为例，需要对投入电炉内的物料的导电性能有全面的了解，以便在生产过程中对电炉的电气参数进行精确的调整，保证电炉能够安全稳定的运行。具体而言，物料的结构比电阻的大小直接影响电炉的操作电阻，操作电阻是一个非常活跃的电气参数，电石生产过程中，控制好操作电阻，就可以使电极适当地插入炉料内控制好炉料电阻，更有利于将电能转化为热能，提高热效率，控制住炉料的结构比电阻，就等于控制住电炉的有效相压力和电极电流的比值。
目前，尚无对块状物料结构比电阻值检测装置以及方法的报道。
发明内容
本发明的第一目的是克服现有技术的缺陷，提供一种测量块状物料结构比电阻的装置。
本发明所述结构比电阻是指块状物料的几何尺寸与其电阻值之比，具体是指块状物料的本征比电阻和接触比电阻二者之和。本发明所述块状物料电阻值是指块状物料在其高度方向上的电压与电流值之比。本发明所述的块状物料的几何形状可以为多种，优选为柱体，其几何尺寸是指柱体的高度以及横截面积等参数。所述结构比电阻的单位为欧姆·米。
具体而言，本发明提供的装置包括用于填装物料的料槽，位于所述料槽上方的加压装置和位于所述料槽下方的压力感应装置。
所述料槽用于填充待测物料，确保待测物料被填充成料槽所限定的形状，获得块状物料，继而实现对块状物料高度、横截面积等几何参数的检测。
所述料槽顶部开放，为空心柱体；优选为横截面直径与高度之比12～15：30～40的空心圆柱体。为了方便操作，并使检测所得的数据更具有实际参考价值，所述料槽进一步优选为横截面直径120～150mm、高300～400mm的空心圆柱体。上述横截面直径、高度等均为料槽内部空间的几何参数。
本发明所述料柱的横截面积与料槽空间内部的横截面积直接对应。
所述料柱高度需通过测量获得。为了获得料柱的高度，可在所述料槽侧壁的内表面沿其高度的方向均匀标记刻度，物料填充完毕后，通过所述刻度读出料柱的高度；也可在料槽的侧壁镶嵌透明刻度尺，从料槽的外表面准确读取料柱的高度。
所述料槽采用绝缘材料制备而成。
所述料槽的顶端和底端分别设置上、下电极，待测物料紧密填充于所述上、下电极之间。所述上、下电极分别通过导线与电阻测量装置相连，用于检测料槽内部上下电极之间的块状物料的电阻值。所述电阻测量装置可以选用万用表。
其中，所述上电极可以不固定。在实际操作中，在物料填充完毕后，将上电极放置于物料上表面的中心位置即可。所述下电极应被固定在料槽底端内壁的中心位置。所述电极优选为厚20～50mm的圆柱体，进一步优选其水平截面直径与所述料槽水平截面内径相等。所述电极可采用铜等导电材料制备而成。
所述料槽内还可以包括位于电极与物料之间的导电层。在实际应用中，可先在下电极的上表面铺设一层导电层，再在所述导电层上填充物料，确保物料上表面水平后再将另一层导电层铺设于物料上表面，再将上电极放置于导电层上即可。上述设置可以确保电极与物料表面均匀接触，避免测量数据波动性过大。所述导电层可采用常规的导电材料制备，优选为厚2～5mm的软质导电材料，例如：软质钢丝球。
本发明所述加压装置包括螺旋加压杆以及所述螺旋加压杆的支持装置。实际操作中，通过上下移动螺旋加压杆向料槽内的物料施加竖直方向的压力；所述支撑装置与料槽之间可拆卸相连，在加压过程中，起到对螺旋加压杆的支撑作用，从而对装置整体起到稳定作用。
具体而言，所述螺旋加压杆垂直穿过支撑装置，伸入料槽内部。本发明优选在螺旋加压杆的底部镶嵌轴承。在实际操作中，所述轴承使螺旋加压杆与上电极间接接触，从而避免螺旋加压杆在转动加压过程中对上电极产生横向切力，达到只对上电极施加纵向压力的效果，确保实时监控的压力值以及最终的测量结果更加准确。
所述支撑装置与料槽之间为可拆卸连接，简单灵活，易于组装，方便操作。所述支撑装置可以是一个位于料槽上方的水平支撑面，螺旋加压杆垂直穿过所述水平支撑面伸入料槽内部。所述支撑装置也可以由两片水平支撑面以及位于所述两片支撑面之间的至少三根支撑杆组成，料槽位于由上述结构组成的空间内部，螺旋加压杆垂直穿过位于料槽上方的水平支撑面伸入料槽内部。
所述压力感应装置用于实时感应并显示加压装置施加于料槽内物料上的压力。所述压力感应装置包括位于料槽正下方的压力感应器以及与所述压力感应器相连的压力显示器。所述压力显示器可以将从压力感应器接收的压力感应信号转换为数值信号，并实时显示。所述压力感应器与料槽之间可以设置托盘，优选托盘的直径大于料槽水平截面的直径，所述托盘可以确保压力感应器受力均匀，从而准确感应压力信号。
本发明所述加压装置、料槽、压力感应装置以及上述各部件的内部结构在竖直方向上同轴设置。
本发明的第二目的是提供一种采用本发明所述装置测量块状物料结构比电阻的方法。所述方法针对测量块状物料的结构比电阻这一特定性质而设计，通过测量块状物料的几何尺寸，并测量块状物料的电流和电压从而得出块状物料的电阻值，继而计算得出块状物料的结构比电阻值。
其中，所述块状物料的几何形状依料槽的形状而定，优选为柱体。其几何尺寸是指块状物料的横截面积以及高度，其电阻值是指块状物料在其高度方向上的电压与电流值之比。
所述方法包括以下具体步骤：
(1)将待测物料混合均匀，装入料槽并使料面保持水平，形成料柱；
(2)将上电极放在料面上方，测量所述料柱的高度和横截面积；
(3)将装有待测物料的料槽与加压装置组装，操作加压装置向下对料柱施加压力；
(4)接通电路，分别读出电阻测量装置和压力感应装置显示的数值，获得料柱的电阻值以及所承受的压力值；
(5)根据所述电阻值以及料柱的高度和横截面积，计算得出料柱的结构比电阻值。
所述步骤(2)中，可先在料面上方平铺一层质软导电材料，再将上电极放在所述软质导电材料上方，以确保料面与上电极之间充分接触。
为了确保检测结果准确、可靠，测量每种样品时可重复步骤(1)～(5)多次，去除极值后，计算平均值，即得物料的结构比电阻。
本发明所述方法中，对料柱施加的压力可以为固定压力，也可以为连续变化的压力，优选为可以为连续变化的压力。
采用本发明所述方法测得的结果，其可靠性可根据多次实验的重复性确定，其准确性可通过比较测量结果与其它检测手段获得的结果是否一致进行判断。经过大量实际操作验证，采用本发明提供的装置和方法检测得到的块状物料结构比电阻值准确、可靠，具有对实际生产的指导价值。
本发明的第三目的是提供所述装置以及方法在电石生产中的应用。
具体而言，将所述装置以及方法应用于电石的实际生产时，所述物料为投入电炉内的物料，一般为混合物料，包括半焦原料、生石灰原料等。所述半焦、生石灰等原料的粒径为5～20mm，以实际生产中所需的比例混合而成。
由于电石物料的结构比电阻特别容易受物料的混合比例、粒径大小、承受压力等因素的影响，波动范围比较大，因此，准确测量炉料的结构比电阻以及其变化规律对电炉的操作和稳定运行具有重要的实用意义和指导价值。
在实际生产中，密闭电石炉是电加热炉，通过电弧放热为炉料加热，炉料的结构比电阻直接影响电极的插入物料的深度。因此，准确测量物料的结构比电阻可以指导电极的下放与抬升操作。
本发明提供的装置及方法具有以下显著优势：本发明提供的装置结构简单，易操作，测量精度高，可以实现准确测量块状混合物料的结构比电阻，填补了该方面的空白，且该装置中包括加压装置和压力显示装置，可以实时测量块状混合物料随着外加压力的变化规律。所述装置和方法应用于电石生产中，可为电石炉的操作和稳定运行提供可靠的电气参数和指导。
附图说明
图1为本发明实施例1所述测量块状物料的结构比电阻的装置示意图；图中：1、螺旋加压杆；2、水平支撑面；3、轴承；4、料槽；5、上电极；6、下电极；7、万用表；8、托盘；9、压力感应器；10、压力显示器。
图2为本发明实施例2所述测量块状物料的结构比电阻的装置示意图；图中：1、螺旋加压杆；21、水平支撑面；22、支撑杆；3、轴承；4、料槽；5、上电极；6、下电极；7、万用表；8、托盘；9、压力感应器；10、压力显示器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种测量块状物料结构比电阻的装置，如图1所示；所述装置包括自上而下设置的加压装置、料槽以及压力感应装置；
所述料槽4为空心圆柱体，水平截面直径130mm、高350mm；料槽4侧壁镶嵌透明刻度尺，用于测量料柱的高度；料槽4内部的顶端和底端分别设置上电极5和下电极6，上、下电极均为厚30mm的铜质圆柱体，通过导线与万用表7相连，用于测量料柱的电阻；待测物料紧密填充于料槽内的上下电极之间，形成料柱，上下电极与物料之间铺设软质导电层；
所述加压装置用于向料柱施加垂直向下的压力；所述加压装置包括位于料槽4上方的水平支撑面2，以及垂直穿过水平支撑面2并伸入料槽4内部的螺旋加压杆1；所述水平支撑面2与料槽4为可拆卸连接；所述螺旋加压杆1的底部镶嵌轴承3，所述轴承3位于螺旋加压杆1与上电极5之间，使二者形成间接接触；
所述压力感应装置包括压力感应器9以及与其相连的压力显示器10，用于实时感应并显示料柱所承受的压力；所述压力感应器9的上方设置托盘8，料槽4位于托盘8上；
所述螺旋加压杆1、水平支撑面2、轴承3、料槽4、上电极5、下电极6、托盘8与压力感应器9在竖直方向上同轴设置。
实施例2
一种测量块状物料结构比电阻的装置，如图2所示；
该装置与实施例1提供的装置相比，区别仅在于：所述支撑装置由两片水平的支撑面和位于所述两片支撑面之间的支撑杆22组成，所述料槽4和压力感应器9位于上述支撑装置组成的空间内；螺旋加压杆1垂直穿过上方的水平支撑面21伸入料槽4内部。
实施例3
采用实施例1或2提供的装置，测量某电石厂块状混合原料的结构比电阻值。所述混合原料为分别取半焦原料和生石灰原料，按照实际生产所需的比例均匀混合而成，分别获得粒径为5.6～10mm和13～16mm两种混合物料。
取其中一种混合物料，按照以下步骤进行检测：
(1)将待测物料混合均匀装入料槽并使料面保持水平，形成料柱；在料面上平铺一层质软导电材料；
(2)将上电极放在所述软质导电材料的上方，测量料柱的高度，以料槽的内横截面积作为料柱的横截面积；
(3)将装有待测物料的料槽组装在加压装置上，操作加压装置为料柱施加3Kpa垂直向下的压力；
(4)接通电路，读出万用表示数，该数值就是料柱的电阻值，同时，读出压力感应显示器示数，该数值为料柱所承受的压力值；
(5)根据所述电阻值以及料柱的高度和横截面积，计算得出料柱的结构比电阻值；
(6)重复步骤(1)～(5)，每种样品重复测量20次，去除极大值和极小值，计算平均值，得到混合物料的结构比电阻平均值。
将步骤(3)所述压力改为6Kpa，按照上述方法进行检测。
不同粒径物料在不同压力下的结构比电阻测试结果如表1所示。
表1：混合原料的结构比电阻测试结果
上述结果与电石混合物料在实际生产中的特性相符。
实施例4
采用实施例1或2提供的装置，测量某块状混合物料随着外加压力变化的变化规律。
所述混合物料为分别取半焦原料和生石灰原料，按照实际生产所需的比例均匀混合而成，混合物料的粒径为5.6～10mm。
按照以下步骤进行检测：
(1)将待测物料混合均匀装入料槽并使料面保持水平，形成料柱；在料面上平铺一层质软导电材料；
(2)将上电极放在所述软质导电材料的上方，测量料柱的高度，以料槽的内横截面积作为料柱的横截面积；
(3)将装有待测物料的料槽组装在加压装置上，操作加压装置为料柱施加垂直向下的压力，所述压力为从2Kpa到500Kpa范围内连续变化的压力；
(4)接通电路，读出万用表示数，该数值就是料柱的电阻值，同时，读出压力感应显示器示数，该数值为料柱所承受的压力值；
(5)根据所述电阻值以及料柱的高度和横截面积，计算得出料柱的结构比电阻值；测试结果如表2所示。
表2：混合物料的结构比电阻测试结果
| 压强/Kpa | 比电阻/欧姆·米 |
| 2.85 | 1265.9 |
| 19.95 | 760.5 |
| 22.80 | 511.7 |
| 25.65 | 417.7 |
| 28.50 | 373.3 |
| 34.21 | 351.2 |
| 39.91 | 269.0 |
| 45.61 | 260.9 |
| 51.31 | 215.7 |
| 57.01 | 182.7 |
| 68.41 | 204.6 |
| 85.51 | 182.2 |
| 96.92 | 160.3 |
| 100.91 | 101.6 |
| 107.75 | 253.8 |
| 112.31 | 114.4 |
| 119.72 | 173.3 |
| 136.25 | 43.2 |
| 146.52 | 43.5 |
| 157.92 | 41.4 |
| 165.90 | 42.7 |
| 189.27 | 40.4 |
| 217.21 | 27.7 |
| 223.48 | 33.2 |
| 232.03 | 25.0 |
| 249.70 | 19.9 |
| 267.95 | 18.2 |
| 278.21 | 18.2 |
| 327.81 | 16.8 |
| 349.47 | 14.6 |
| 383.11 | 15.0 |
| 402.49 | 12.7 |
按照以上方法检测粒径为13～16mm的混合物料的结构比电阻值，测试结果如表3所示。
表3：混合物料的结构比电阻测试结果
| 压强/Kpa | 比电阻/欧姆·米 |
| 2.85 | 1633.1 |
| 5.70 | 1608.5 |
| 8.55 | 1442.7 |
| 11.40 | 1281.5 |
| 14.25 | 1521.8 |
| 17.10 | 1131.6 |
| 19.95 | 965.9 |
| 22.80 | 918.2 |
| 25.65 | 977.4 |
| 28.50 | 896.1 |
| 31.36 | 858.9 |
| 37.06 | 859.5 |
| 42.76 | 720.0 |
| 48.46 | 619.5 |
| 54.16 | 634.5 |
| 59.86 | 608.6 |
| 65.56 | 458.0 |
| 71.26 | 244.9 |
| 76.96 | 194.7 |
| 82.66 | 177.6 |
| 88.37 | 168.3 |
| 94.07 | 163.9 |
| 99.77 | 157.2 |
| 105.47 | 141.5 |
| 116.87 | 114.4 |
| 128.27 | 109.9 |
| 139.67 | 100.0 |
| 151.08 | 88.9 |
| 162.48 | 84.1 |
| 173.88 | 76.7 |
| 202.39 | 75.7 |
| 230.89 | 72.4 |
| 259.39 | 68.8 |
| 287.90 | 67.3 |
| 316.40 | 66.7 |
| 344.91 | 41.5 |
| 401.92 | 38.8 |
| 458.93 | 21.7 |
由于篇幅所限，表2和表3中仅列出部分测试数据。上述数据可以体现混合物料随着外加压力变化的变化规律。
具体而言，本实施例所得数据体现了块状混合物料随着压力的增大的变化规律，无论混合物料粒径的大小，物料的结构比电阻值都随着压强的增大呈递减的趋势，下降的幅度随着压力的逐渐增大，呈递减趋势，物料的结构比电阻值下降幅度的变化趋势与物料的可压缩性变化趋势一致。由以上结果可知，物料的结构比电阻值对压力高度敏感，且随着压力的不断增大，混合物料的比电阻值最后趋于一个稳定值。上述结果与电石物料在实际生产中的特性相符。上述对结构比电阻的检测数据实际生产有重要的指导意义。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种测量块状物料结构比电阻的装置，其特征在于，包括自上而下设置的加压装置、料槽以及压力感应装置；
所述料槽内部的顶端和底端分别设置上、下电极，所述上、下电极与电阻测量装置相连；
所述加压装置用于向下施加压力；
所述压力感应装置用于实时感应并显示压力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加压装置包括螺旋加压杆以及所述螺旋加压杆的支撑装置；
所述支撑装置与料槽之间为可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述螺旋加压杆的底部镶嵌轴承。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述支撑装置为一片水平支撑面，或由两片水平支撑面以及位于所述两片支撑面之间的至少三根支撑杆组成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力感应装置包括位于料槽下方的压力感应器以及与所述压力感应器相连的压力显示器。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括软质导电层；所述软质导电层位于电极与待测物料之间。
7.采用权利要求1～6任意一项所述装置测量物料结构比电阻的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
(1)将待测物料混合均匀，装入料槽并使料面保持水平，形成料柱；
(2)将上电极放在料面上方，测量所述料柱的高度和横截面积；
(3)将装有待测物料的料槽与加压装置组装，操作加压装置向下对料柱施加压力；
(4)接通电路，分别读出电阻测量装置和压力感应装置显示的数值，获得料柱的电阻值及其所承受的压力值；
(5)根据所述电阻值以及料柱的高度和横截面积，计算得出料柱的结构比电阻值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先在料面上方平铺一层质软导电材料，再将上电极放在所述软质导电材料上方。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述对料柱施加的压力为连续变化压力。
10.权利要求1～6任意一项所述装置或权利要求7～9任意一项所述方法在电石生产中的应用，其特征在于，所述物料为电石生产中投入电炉内的物料。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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