CN105486612A - 一种粉体物性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粉体物性的测试装置，包括漏斗，其特点是漏斗的顶部可拆卸连接有装料筒，漏斗的底部连接有第一阀门，漏斗的底部正下方对应设置有接料圆盘；装料筒，漏斗以及接料圆盘均设置于箱体内，箱体内靠近漏斗位置处设有电加热元件A，制冷装置和水箱，水箱内设有电加热元件B，以及紫外灯和氙气灯，气体输入口和气体输出口，气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，漏斗的一侧分别设有温度传感器和湿度传感器，电加热元件A、电加热元件B、温度传感器和湿度传感器均与一控制系统电连接；箱体上端还设有与装料筒对应的加料口。该技术方案可以模拟粉体在不同环境状态下，如单一环境或是交变环境或者组合环境下进行测试粉体物性。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉体物性的测试装置，属于国际专利分类表中“G01N借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料”技术领域。
背景技术
在测试粉体物性中，粉体的流动性测量是非常重要的部分，影响粉体流动性的因素很多；粉体之所以流动，其本质是粉体中粒子受力的不平衡，对粒子受力分析可知，粒子的作用力有重力、颗粒间的黏附力、摩擦力、静电力等，对粉体流动影响最大的是重力和颗粒间的黏附力。影响粉体流动性的因素非常复杂，粒径分布和颗粒形状对粉体的流动性具有重要影响；此外，温度、含水量、静电电压、空隙率、堆密度、粘结指数、内部摩擦系数、空气中的湿度等因素也对粉体的流动性产生影响。
评价粉体流动特性包括休止角、崩溃角、平板角、分散度、松装密度、振实密度等参数，通过上述测试数据得到差角、压缩度、空隙率、均齐度等指标，还能通过卡尔指数得到流动性指数、喷流性指数等参数。
现有的测试方法是在常温下采用一个固定出口孔径的漏斗促使粉体重力流动，存在以下问题：
1、当粉体受到粉体本身粒度大小、颗粒形态、温度、含水量、粉粒间相互作用的内聚力等影响流动性差，无法从固定的漏斗孔径自然流出，此时一般采用搅拌或者是人为敲击的方式，促使粉体受到外力的作用而流动，此过程粉体不能均匀流，更多的受到外力作用的大小，而出现量多、量少的断续流；
2、因出口孔径过大；粉体流动性比较好时，粉体会迅速一次性重力通过漏斗出口流出，在体积密度试验中，因粉体迅速流出而因本身的重力一次性填充固定体积的量杯造成粉体相互挤压从而压实，而不能自然均匀的填充量杯，影响测试数据；在休止角测试中，因不自然均匀流出，常给堆积成的锥体造成冲击而无法自然堆积，影响数据的准确性；在流速测试过程中，一定质量的粉体从漏斗流出所需要的时间来表示，粉体不能自由流动或者不均匀的流动都影响数据的准确性；
3、在常温下无法模拟粉体在实际加工工艺、仓储、运输等环节中内部温湿度和外部气候温湿度变化带来的影响。
这些问题常常发生在定质量流速，定体积流速，休止角，平板角，崩溃角，及分散性，粉体密度测试过程中，给试验造成失败，重复性差，数据错误等问题给试验人员困扰和生产带来错误的决策，造成损失，因此需要一种新的测试装置来解决这些问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可以模拟粉体在不同环境状态下，如单一环境或是交变环境下或者组合环境下进行测试粉体物性的测试装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种粉体物性的测试装置，包括漏斗，其中所述漏斗的顶部可拆卸连接有装料筒，所述漏斗的底部连接有第一阀门，所述漏斗的底部正下方对应设置有接料圆盘；所述装料筒，漏斗以及所述接料圆盘均设置于一箱体内，所述箱体内靠近所述漏斗位置处设有电加热元件A，制冷装置和水箱，该水箱内设有电加热元件B，以及紫外灯和氙气灯，以及一气体输入口和一气体输出口，所述气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，所述漏斗的一侧分别设有用于感测粉体温度变化和湿度变化的温度传感器和湿度传感器，所述电加热元件A、电加热元件B、温度传感器和湿度传感器均与一控制系统电连接；所述箱体上端还设有与所述装料筒对应的加料口。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述装料筒的上端口设有第二阀门，所述装料筒的一侧或所述漏斗的一侧由第一连接杆与一旋转电机连接，所述旋转电机设置于所述箱体的外部，所述第一连接杆向外延伸穿过所述箱体与所述旋转电机连接。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述第一阀门包括与所述漏斗的出口对应的挡板，所述挡板由第二连接杆与一动力件连接，所述动力件设置于所述箱体的外部，所述第二连接杆向外延伸穿过所述箱体与所述动力件连接。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述动力件为电机或气缸或电磁铁。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述接料圆盘的内腔同心套设有一圆形平板，所述接料圆盘的底部设有孔槽，一轴杆穿过该孔槽与所述圆形平板的底部中心连接，该轴杆的另端与一轴固定在一敲动电机上的偏心轮连接，所述敲动电机和所述偏心轮均设置于所述箱体的外部，所述轴杆向外延伸穿过所述箱体与所述偏心轮连接。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述圆形平板内设有称重传感器，所述称重传感器与所述控制系统连接。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述轴杆位于所述箱体的外部的位置处连接有压力传感器，所述压力传感器与所述控制系统连接。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述箱体呈透明状，所述箱体的外部与所述接料圆盘对应位置处设有测量步进电机，电机输出轴连接一螺杆，该螺杆上连接有传感器、编码器，所述传感器的正对面还设有一反光板。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述箱体与所述接料圆盘对应两侧设有透明窗口，所述箱体的外部与所述接料圆盘对应位置处设有测量步进电机，电机输出轴连接一螺杆，该螺杆上连接有传感器、光栅尺，所述传感器的正对面还设有一反光板。
优选地，上述的一种粉体物性的测试装置，其中所述控制系统包括控制电路模块以及与该控制电路模块连接的计算机、显示屏、键盘和打印机。
较现有技术，本发明技术效果主要体现在以下几个方面：
(1)本发明结构简单、操作简便，设置有用于模拟环境变化的箱体，具体地箱体内设有电加热元件A，制冷装置和水箱，该水箱内设有电加热元件B，以及紫外灯和氙气灯，以及一气体输入口和一气体输出口，该气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，其可用于模拟单一环境或交变环境下对粉体进行测试，如单一高温环境或单一低温环境下，或是单一高湿度环境或单一低湿度环境，或是单一紫外环境或是单一臭氧环境或是在保护气氛环境下进行测试，或是利用氙气灯拟全阳光光谱环境下进行测试，甚至利用气体输入口或是气体输出口连接抽真空装置，模拟全真空环境下进行测试；还可以设定交替变化的温湿度来试验，比如在一定时间内的高温与低温的交替变化，或者恒定的温度或者湿度变化环境来测试，或是在臭氧或保护气氛或紫外环境下模拟高温与低温的交替变化，或者恒定的温度或者湿度变化环境来进行测试，解决现有技术中测量只能在常温状态下进行粉体物性测试，无法模拟粉体在不同的环境下测量的问题。
(2)本发明装料筒的上端口设有第二阀门，装料筒的一侧或漏斗的一侧由第一连接杆与一旋转电机连接，旋转电机设置于箱体的外部，第一连接杆向外延伸穿过箱体与旋转电机连接，其能均匀转动，或者翻转，让样品在动态的结构环境下充分暴露在各类环境下，测试结果更加准确，减少因样品不能完全暴露在一定的环境状态下而带来的测试误差。
(3)本发明结构简单，功能多样，其可用于测量粉体的松散密度、休止角、安息角、堆积角、逆止角、崩溃角、差角、平板角、刮产角、粉体流速、粉体分散度以及粉体含水率。
(4)本发明自动化水平高，测量时无需人工计算和参与测试过程，采用高精度微处理器及PC软件对数据的处理和分析。
附图说明
图1：本发明结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
如图1所示，一种粉体物性的测试装置，包括漏斗1，其中漏斗1的顶部可拆卸连接有装料筒2，其方便于更换使用不同漏斗口径的漏斗，漏斗1的底部连接有第一阀门，漏斗1的底部正下方对应设置有接料圆盘4；装料筒2，漏斗1以及接料圆盘4均设置于一箱体5内，箱体5内靠近漏斗1位置处设有电加热元件A6，制冷装置7和水箱8，该水箱8内设有电加热元件B9，以及紫外灯10和氙气灯11，以及一气体输入口12和一气体输出口13，气体输入口12用于输入臭氧或保护气氛，漏斗1的一侧分别设有用于感测粉体温度变化和湿度变化的温度传感器和湿度传感器(图中未标示)，电加热元件A6、电加热元件B9、温度传感器和湿度传感器均与一控制系统电连接；箱体5上端还设有与装料筒2对应的加料口14；控制系统包括控制电路模块以及与该控制电路模块连接的计算机、显示屏、键盘和打印机。
其可用于模拟单一环境或交变环境下对粉体进行测试，如单一高温环境或单一低温环境下，或是单一高湿度环境或单一低湿度环境，或是单一紫外环境或是单一臭氧环境或是在保护气氛环境下进行测试，或是利用氙气灯拟全阳光光谱环境下进行测试，甚至利用气体输入口或是气体输出口连接抽真空装置，模拟全真空环境下进行测试；还可以设定交替变化的温湿度来试验，比如在一定时间内的高温与低温的交替变化，或者恒定的温度或者湿度变化环境来测试，或是在臭氧或保护气氛或紫外环境下模拟高温与低温的交替变化，或者恒定的温度或者湿度变化环境来进行测试，解决现有技术中测量只能在常温状态下进行粉体物性测试，无法模拟粉体在不同的环境下测量的问题。
其中，装料筒2的上端口设有第二阀门15，装料筒2的一侧或漏斗1的一侧由第一连接杆16与一旋转电机17连接，旋转电机17设置于箱体5的外部，第一连接杆16向外延伸穿过箱体5与旋转电机17连接。其能均匀转动，或者翻转，让样品在动态的结构环境下充分暴露在各类环境下，测试结果更加准确，减少因样品不能完全暴露在一定的环境状态下而带来的测试误差。
如图1所示，具体地，第一阀门包括与漏斗1的出口对应的挡板3.0，挡板3.0由第二连接杆3.1与一动力件3.2连接，动力件3.2设置于箱体5的外部，第二连接杆3.1向外延伸穿过箱体5与动力件3.2连接，该动力件3.2优选为电机或气缸或电磁铁。其由动力件驱动挡板移动，控制漏斗出口的口径大小。
另外，接料圆盘4的内腔同心套设有一圆形平板18，接料圆盘4的底部设有孔槽，一轴杆19穿过该孔槽与圆形平板18的底部中心连接，该轴杆19的另端与一轴固定在一敲动电机21上的偏心轮20连接，敲动电机21和偏心轮20均设置于箱体5的外部，轴杆19向外延伸穿过箱体5与偏心轮20连接。
其中，圆形平板18内设有称重传感器，称重传感器与控制系统连接；轴杆19位于箱体5的外部的位置处连接有压力传感器22，压力传感器22与控制系统连接。
另外，箱体5呈透明状，箱体5的外部与接料圆盘4对应位置处设有测量步进电机23，电机输出轴连接一螺杆24，该螺杆24上连接有传感器26、编码器25，传感器26的正对面还设有一反光板28。当然，该箱体还可以采用其他结构，如箱体5与接料圆盘4对应两侧设有透明窗口27，箱体5的外部与接料圆盘4对应位置处设有测量步进电机23，电机输出轴连接一螺杆24，该螺杆上连接有传感器26、光栅尺，传感器26的正对面还设有一反光板28。其中传感器26为光电传感器或激光传感器或红外对射传感器或漫反射传感器或CCD传感器；其用于精确测量粉体堆积的高度。
由上述结构其可用于测量粉体的松散密度、休止角、安息角、堆积角、逆止角、崩溃角、差角、平板角、刮产角、粉体流速、粉体分散度以及粉体含水率，测试方法具体如下：
1、松散密度的测量如下：
在常温下选择一个适合粉体自然流动的漏斗与装料筒固定；将箱体环境设定所需测试条件，同时关闭第一阀门和第二阀门，将粉体放入；待箱体设定条件达到时，开启第二阀门样品全部流入到装料筒，开启第一阀门，粉体自然流入到放置于接料圆盘的量杯中；待量杯的粉体溢出后沿上口边缘刮去多余粉体，依据密度公式，根据称重传感器测出粉体的重量，已知粉体的体积和质量可以获得密度。
2、休止角、安息角、堆积角、逆止角的测量如下：
选择一个孔径适合的漏斗与装料筒固定，测量步进电机驱动螺杆带动光栅尺和传感器同步下降到原点初始位置；待箱体设定条件到达时，开启第二阀门样品全部流入到装料筒，开启第一阀门粉体流入到接料圆盘上面堆积成锥体，当粉体堆积高度接近或者高于传感器光束时，光束反馈信号给传感器接收端，并启动测量步进电机带动光栅尺和传感器随着粉体堆成锥体的高度方向运动，直至漏斗内粉体流完并且粉体堆成粉体锥体的高度不再增高时，光束照射到粉体锥体最高点并通过最高点，照射到正对面反光板，传感器接收反馈的信号，控制系统停止测量步进电机的工作，通过光栅尺随测量步进电机运动所发生的脉冲数量来确定高度数据；此时可以采用三角函数正切公式，利用测出的锥体高度和已知的接料圆盘的半径计算角度；或者采用量具器直接获得。
3、崩溃角、差角的测量如下：
如上述休止角、安息角、堆积角、逆止角的测量方法，粉体自由落下至接料圆盘并堆成粉体锥体而不再增高时，开启敲动电机带动偏心轮推动轴杆向上顶，后连接杆迅速离开偏心轮落下促使预先堆成锥体的粉体收到撞击力而形成新的粉体锥体，启动测量步进电机通过螺杆带动光栅尺和传感器随着堆成的新粉体锥体的高度方向运动，传感器光束照射到新的粉体锥体最高点并通过最高点时，停止运动，此时光束已经照射到正对面的反光板上面，传感器接收到信号，主控单元停止测量步进电机工作，通过光栅尺随测量步进电机运动所发生的脉冲数量来确定高度数据，通过控制系统角度计算获得角度数据。
差角数据由获得的休止角减去崩溃角数据通过主控单元运算获得。
4、平板角及刮产角的测量如下：
如上述休止角、安息角、堆积角、逆止角的测量方法，粉体自由落下至接料圆盘并堆成粉体锥体而不再增高时，拔开连接圆形平板与接料圆盘的螺栓，开启敲动电机带动偏心轮推动轴杆向上顶，促使圆形平板离开接料圆盘并保持圆形平板粉体锥体不动，此时启动测量步进电机通过螺杆带动光栅尺和传感器随着堆成的新粉体锥体的高度方向运动，传感器光束照射到新的粉体锥体最高点并通过最高点时，停止运动，此时光束已经照射到正对面的反光板上面，传感器接收到信号，主控单元停止测量步进电机工作，通过光栅尺随测量步进电机运动所发生的脉冲数量来确定高度数据，通过控制系统角度计算获得第一次新粉体角度数据。
测量步进电机回到初始位置，关闭敲动电机，偏心轮迅速离开轴杆，粉体锥体受到冲击而二次形成新的锥体角度，依据测量步进电机通过螺杆带动光栅尺和传感器随着堆成的新粉体锥体的高度方向运动，传感器光束照射到新的粉体锥体最高点并通过最高点时，停止运动，此时光束已经照射到正对面的反光板上面，传感器接收到信号，主控单元停止测量步进电机工作，通过光栅尺随测量步进电机运动所发生的脉冲数量来确定高度数据，通过主控单元角度计算获得第二次新粉体角度数据。
将获得的第一次新锥体角度和第二次锥体角度的平均值通过控制系统运算处理得到平板角及刮产角数据。
5、粉体流速测量如下：
选择一个孔径适合的漏斗与装料筒固定，将粉体在接料圆盘上由称重传感器获得质量，待箱体设定条件到达时，开启第二阀门将已知质量的样品全部流入到装料筒，开启第一阀门粉体流出，同时计时开始，直至粉体全部流出后停止计时；粉体质量比时间计算出流速。
6、粉体分散度的测量如下：
将圆筒放置于漏斗口正下方的接料圆盘上，待箱体设定条件到达时，开启阀门；由称重传感器可获得粉体总质量设为W1；落入到接料圆盘的质量为W2；分散度A计算如下：A＝(W1-W2)/W1*100％，获得分散度百分比A。
7、粉体含水率的测量如下：
待箱体的设定高温条件到达时，开启阀门；粉体总质量设为M1事先已经在称重传感器已知；粉体全部落入到接料圆盘质量设为M2；则含水率设为B,计算如下：B＝(M1-M2)/M1*100％获得含水率。
8、振实密度测量如下：
配合量筒，振实之后采有光电探头测量高度数据。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粉体物性的测试装置，包括漏斗，其特征在于：所述漏斗的顶部可拆卸连接有装料筒，所述漏斗的底部连接有第一阀门，所述漏斗的底部正下方对应设置有接料圆盘；所述装料筒，漏斗以及所述接料圆盘均设置于一箱体内，所述箱体内靠近所述漏斗位置处设有电加热元件A，制冷装置和水箱，该水箱内设有电加热元件B，以及紫外灯和氙气灯，以及一气体输入口和一气体输出口，所述气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，所述漏斗的一侧分别设有用于感测粉体温度变化和湿度变化的温度传感器和湿度传感器，所述电加热元件A、电加热元件B、温度传感器和湿度传感器均与一控制系统电连接；所述箱体上端还设有与所述装料筒对应的加料口。
2.根据权利要求1所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述装料筒的上端口设有第二阀门，所述装料筒的一侧或所述漏斗的一侧由第一连接杆与一旋转电机连接，所述旋转电机设置于所述箱体的外部，所述第一连接杆向外延伸穿过所述箱体与所述旋转电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述第一阀门包括与所述漏斗的出口对应的挡板，所述挡板由第二连接杆与一动力件连接，所述动力件设置于所述箱体的外部，所述第二连接杆向外延伸穿过所述箱体与所述动力件连接。
4.根据权利要求3所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述动力件为电机或气缸或电磁铁。
5.根据权利要求1所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述接料圆盘的内腔同心套设有一圆形平板，所述接料圆盘的底部设有孔槽，一轴杆穿过该孔槽与所述圆形平板的底部中心连接，该轴杆的另端与一轴固定在一敲动电机上的偏心轮连接，所述敲动电机和所述偏心轮均设置于所述箱体的外部，所述轴杆向外延伸穿过所述箱体与所述偏心轮连接。
6.根据权利要求5所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述圆形平板内设有称重传感器，所述称重传感器与所述控制系统连接。
7.根据权利要求5所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述轴杆位于所述箱体的外部的位置处连接有压力传感器，所述压力传感器与所述控制系统连接。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述箱体呈透明状，所述箱体的外部与所述接料圆盘对应位置处设有测量步进电机，电机输出轴连接一螺杆，该螺杆上连接有传感器、编码器，所述传感器的正对面还设有一反光板。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述箱体与所述接料圆盘对应两侧设有透明窗口，所述箱体的外部与所述接料圆盘对应位置处设有测量步进电机，电机输出轴连接一螺杆，该螺杆上连接有传感器、光栅尺，所述传感器的正对面还设有一反光板。
10.根据权利要求1所述的一种粉体物性的测试装置，其特征在于：所述控制系统包括控制电路模块以及与该控制电路模块连接的计算机、显示屏、键盘和打印机。
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