CN105510134A - 一种粉体强度测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粉体强度测试仪，包括：模腔，该模腔包括上下贯通的中空腔体；模腔的上端可拆卸连接有模腔盖，模腔的下端设有与中空腔体对应的顶杆模具，顶杆模具的横截面与中空腔体的横截面的大小、形状相应；顶杆模具固定连接于一上下移动平台上，上下移动平台的底部由连接杆与一动力件连接，连接杆与所述上下移动平台的底部之间还设有压力传感器；该测试仪还包括用于测量粉体压缩高度数据的直线位移检测器，动力件、压力传感器和直线位移检测器均与一控制系统电连接。该技术方案高精度自动化测量，能通过计算机进行自动数据采集分析、统计，并可以模拟粉体在不同的内外部环境变化条件下进行测量。

Description

一种粉体强度测试仪
技术领域
本发明涉及一种粉体强度测试仪，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
我们常利用粉体屈服压缩变形所需的主应力来分析粉体的体积变化与压力的关系，即主应力与粉体密度的变化关系，结合时间与屈服强度变化关系，以及川北方程线性回归方程处理后得到常数u，v的意义；在川北方程线性回归方程中所得u值越大，表明粉体易被压缩成较小的体积，即可压缩性好，常数v＝1/P0，为压缩系数，是单位压力粉体层的孔隙率下降的分数，v值与粉体的塑性有关，所以v值表征粉末受压缩的难易程度，v值大，则粉末需较小压力即能发生塑性变形。
一般认为压缩过程依压缩过程发生的先后顺序可分为模填充，粒子滑动和重排引起的密化，粒的弹塑性变形和破碎或没有破碎的固结。粉体受到屈服压缩发生在粉体从生产加工，仓储，运输等各个环节中，每个环节都在不同的内外部环境变化下进行，粉体受到本身内聚力和自身运动工艺过程中内部温度、湿度的环境变化的影响；比如在高温的管道中，在寒冷的冬天仓储运输，或者在潮湿的阴雨天气湿度大，这些环境变化对粉体的影响是很大的不可忽略的因素。
现有粉体强度测试仪一般在常温状态下采用压片机方式作为加压机构，将粉体放置于固定体积的模具内，通过电控或者手摇压片机来加压模具腔内的粉体，至达到固定压力状态下，取出粉体用量具测量粉体厚度，通过计算公式，采用人工计算获得数据，其存在如下缺陷或不足：
1、结构粗略，自动化水平低，无法获得精准的粉体压缩强度过程变化数据；
2、测量粉体需要从模具中取出测量厚度数据，当粉体从模具取出的过程中会受到人为的破坏，用量具测量时人为操作的误差及量具本身的误差影响造成偏差较大，此过程操作要非常仔细，操作难度大；
3、在采用手工加压状态下，粉体在受到压力后在压缩，因人工加压过程中粉体压缩过程压力的均匀性受到操作者操作速度快慢和力量大小的影响；
4、现有的测量只能在常温状态下压缩粉体，无法模拟粉体在不同的环境下如：高温，低温，湿度、温度交变、臭氧、紫外、疝气环境状态下的压缩强度特性；
5、模具与压片机加压机构之间为分离式结构，在装好模具粉体后放入加压机构上的位置，无法保证每次都一样，因位置的偏差，导致模具内粉体受压缩过程中受到的压力不同，在同一个样品取样多次测试下，重复性不好；
6、模具设计过程中无排气功能，模腔内空气无法排除，出现粉末所受到的压力与实际值不一，还有当测试粉末样品为超细粉末，比如纳米级微粉时，会因空气压强而从喷出模腔，致使测试失败。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高精度自动化测量，能通过计算机进行自动数据采集分析、统计的一种粉体强度测试仪。
本发明另外一个目的是提供一种可以模拟粉体在不同的内外部环境变化条件下进行测量的一种粉体强度测试仪。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种粉体强度测试仪，包括：
模腔，所述模腔包括上下贯通的中空腔体；所述模腔的上端可拆卸连接有模腔盖，所述模腔的下端设有与所述中空腔体对应的顶杆模具，所述顶杆模具的横截面与所述中空腔体的横截面的大小、形状相应；所述顶杆模具固定连接于一上下移动平台上，所述上下移动平台的底部由连接杆与一动力件连接，所述连接杆与所述上下移动平台的底部之间还设有压力传感器；
该测试仪还包括用于测量粉体压缩高度数据的直线位移检测器，所述动力件、压力传感器和所述直线位移检测器均与一控制系统电连接。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述直线位移检测器包括与所述上下移动平台一侧固定连接的随平台上下自由移动的光栅尺或高度尺。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述动力件为电机，所述直线位移检测器包括与该电机连接的编码器。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，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。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述模腔盖设有与所述中空腔体连通的排气孔。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述排气孔还与一抽真空器连接。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述动力件为电机或气缸或液压缸。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述上下移动平台由滑动轴承滑动连接于一导向杆，所述导向杆竖直支撑连接于一底板与一顶板之间，所述模腔与所述顶板固定连接，所述动力件设置于所述底板上。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中所述模腔盖与所述模腔卡扣连接，所述模腔外侧设有向内凹进的卡槽，所述模腔盖设有与所述卡槽相对应的向外突出的卡键。
优选地，上述的一种粉体强度测试仪，其中该测试仪还包括一箱体，所述模腔罩设于该箱体内，所述箱体内靠近所述模腔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，该气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，所述模腔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所述控制系统电连接。
较现有技术，本发明技术效果主要体现在以下几个方面：
(1)本发明中的控制系统控制动力件工作，驱动顶杆模具压缩粉体，在压缩的过程中，直线位移检测器随着粉体压缩变化实时获取粉体压缩高度的数据，压力传感器实时获取粉体压缩强度数据，解决现有技术中自动化水平低、测量粉体需要从模具中取出测量厚度数据和采用手工加压的技术问题。
(2)本发明中还包括设有罩设在模腔外的箱体，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压缩粉体，无法模拟粉体在不同的环境下测量的问题。
附图说明
图1：本发明实施例1结构示意图；
图2：本发明实施例2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。
〖实施例1〗
如图1所示，一种粉体强度测试仪，包括：模腔1，模腔1包括上下贯通的中空腔体15；模腔1的上端可拆卸连接有模腔盖14，模腔1的下端设有与中空腔体15对应的顶杆模具3，顶杆模具3的横截面与中空腔体15的横截面的大小、形状相应；顶杆模具3由固定座5固定连接于一上下移动平台6上，上下移动平台6的底部由连接杆7与一动力件8连接，连接杆7与上下移动平台6的底部之间还设有压力传感器13；
该测试仪还包括用于测量粉体压缩高度数据的直线位移检测器，动力件8、压力传感器13和所述直线位移检测器均与一控制系统电连接。
具体地，其中直线位移检测器包括与上下移动平台6一侧固定连接的随平台上下自由移动的光栅尺或高度尺11，当动力件8驱动连接杆7依次带动上下移动平台6和顶杆模具3压缩粉体时，光栅尺或是高度尺11随着上下移动平台移动，即时测量记录处粉体的压缩高度。
当然，直线位移检测器还可以采用其他结构原理方式，如动力件8可采用电机，直线位移检测器包括与该电机连接的编码器，电机与编码器配合使用测量电机输出的直线位移。
具体地，上下移动平台6由滑动轴承12滑动连接于一导向杆4，导向杆4竖直支撑连接于一底板10与一顶板2之间，模腔1与顶板2固定连接，动力件8由安装底板9设置连接于底板10上；模腔盖14与模腔1卡扣连接，模腔1外侧设有向内凹进的卡槽(图中未标示)，模腔盖14设有与卡槽相对应的向外突出的卡键(图中未标示)。
另外，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。
此外，针对传统的模具设计过程中无排气功能，模腔内空气无法排除，常常出现粉末所受到的压力与实际值不一，还有当测试粉末样品为超细粉末，比如纳米级微粉时，会因空气压强而从喷出模腔，致使测试失败，因此在模腔盖14设有与中空腔体15连通的排气孔(图中未标示)，其能够很好解决传统模具的该技术问题。而且，该排气孔还可与一抽真空器连接，其用于将模腔1的中空腔体15抽成真空状，模拟在真空环境下的粉体测试。
该技术方案中动力件8优选为电机或气缸或液压缸。
该技术方案中的控制系统控制动力件工作，驱动顶杆模具压缩粉体，在压缩的过程中，直线位移检测器随着粉体压缩变化实时获取粉体压缩高度的数据，压力传感器实时获取粉体压缩强度数据，解决现有技术中自动化水平低、测量粉体需要从模具中取出测量厚度数据和采用手工加压的技术问题。
〖实施例2〗
如图2所示，本实施例与上述实施例1结构和原理基本相似，不同在于：该测试仪还包括一箱体16，模腔1罩设于该箱体16内，箱体16内靠近模腔1位置处设有电加热元件A17，制冷装置22和水箱20，该水箱20内设有电加热元件B21，以及紫外灯18和氙气灯19，以及一气体输入口23和一气体输出口24，该气体输入口23用于输入臭氧或保护气氛，模腔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A17、电加热元件B21、温度传感器和湿度传感器均与控制系统电连接。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压缩粉体，无法模拟粉体在不同的环境下测量的问题。
该测试仪实施时具体操作如下：
1、启动动力件8驱动连接杆7带动压力传感器13与上下移动平台6上的顶杆模具3插入模腔1的中空腔体15内，与模腔盖14结合在一起，此时光栅尺数据记录为高度A；
2、启动动力件8带动顶杆模具3回原点；该原点为顶杆模具3与模腔1的中空腔体15的底部刚好结合，未完全离开；
3、将准备好的粉体倒入模腔1内，将模腔盖14与模腔1固定结合在一起；按照试验要求，通过键盘，在显示器上或者通过USB/232/485接口与电脑打印机在PC软件来操作，将光栅尺数据记录为高度A清零；
4、设定压力(应力)和需要模拟的气候温湿度，可以是单独的某一种环境温度，比如单独的高温环境、低温环境、常温环境、湿度环境；也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；还可以设定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；
5、当到达设定环境变化时间后，自动开启动力件8驱动顶杆模具3按均匀的设定速度压缩粉体，在压缩的过程中，光栅尺或高度尺11随着粉体压缩变化实时获取粉体压缩高度的数据，压力传感器13实时获取粉体压缩强度数据；
6、此时通过坐标可以获得粉体压缩时间与压缩强度的关系曲线图；在通过川北方程线性回归方程，可以获得P/C-P曲线图；
7、因试验前已知样品的质量、模腔容积、粉体压缩厚度数据可以由光栅尺或高度尺11实时获得，则可以分析出粉体的体积变化与压力关系曲线图即(主应力与粉体密度的变化关系)；
8、因试验前已知样品的质量、模腔容积、粉体压缩厚度数据可以由光栅尺或高度尺11实时获得，设定温湿度范围，则可以分析出粉体的体积变化与温度关系曲线图即(粉体密度与温度的变化关系)；
9、因试验前已知样品的质量、模腔容积、粉体压缩厚度数据可以由光栅尺或高度尺11实时获得，通过流动函数FF公式，可以反映出粉体流动能力状况；
10、试验可以设定粉体在生产加工、仓储、运输等环节，粉体受到本身内聚和自身运动工艺过程中内部温湿度环境变化下；也可以设定粉体受到外部温湿度环境变化下；获得温湿度变化，与时间、压缩屈服强度(主应力)、粉体体积、粉体密度、流动函数等任意组合下的变化关系曲线图，能更加直观分析出粉体特性变化；
11、试样结束后，打开箱体16，取出模腔盖1，动力件8推动顶杆模具3自动顶出粉体后，自动返回原点；试验结束。
当然，我们还可以采用反向测试方法进行测量，即我们可以通过测量将粉体压缩成块之后进行压碎所需的力的大小进行测量。
通过以上描述可以看出，该技术方案高精度自动化测量，能通过计算机进行自动数据采集分析、统计，并可以模拟粉体在不同的内外部环境变化条件下进行测量。
另外，该粉体强度测试仪还可以测试粉体在如上述实施过程中，粉体受到环境变化及自身压缩过程中的电性能变化数据，具体操作如下：将顶杆模具3采用电极材料制作，作电极A使用，并选择一与中空腔体15相匹配的电极B，将电阻率测试仪连接线分别电极A和电极B，此时如在上述实施例操作下，操作光栅尺或高度尺11记录高度数据B，通过控制电路、显示屏计算并显示出初始高度A与高度B的差值，即为试样粉末压缩后高度C，通过USB/232/485接口与计算机、打印机、PC软件电连接获得需要数据，来统计分析。
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)

1.一种粉体强度测试仪，其特征在于，该测试仪包括：
模腔，所述模腔包括上下贯通的中空腔体；所述模腔的上端可拆卸连接有模腔盖，所述模腔的下端设有与所述中空腔体对应的顶杆模具，所述顶杆模具的横截面与所述中空腔体的横截面的大小、形状相应；所述顶杆模具固定连接于一上下移动平台上，所述上下移动平台的底部由连接杆与一动力件连接，所述连接杆与所述上下移动平台的底部之间还设有压力传感器；
该测试仪还包括用于测量粉体压缩高度数据的直线位移检测器，所述动力件、压力传感器和所述直线位移检测器均与一控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述直线位移检测器包括与所述上下移动平台一侧固定连接的随平台上下自由移动的光栅尺或高度尺。
3.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述动力件为电机，所述直线位移检测器包括与该电机连接的编码器。
4.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，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。
5.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述模腔盖设有与所述中空腔体连通的排气孔。
6.根据权利要求5所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述排气孔还与一抽真空器连接。
7.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述动力件为电机或气缸或液压缸。
8.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述上下移动平台由滑动轴承滑动连接于一导向杆，所述导向杆竖直支撑连接于一底板与一顶板之间，所述模腔与所述顶板固定连接，所述动力件设置于所述底板上。
9.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：所述模腔盖与所述模腔卡扣连接，所述模腔外侧设有向内凹进的卡槽，所述模腔盖设有与所述卡槽相对应的向外突出的卡键。
10.根据权利要求1所述的一种粉体强度测试仪，其特征在于：该测试仪还包括一箱体，所述模腔罩设于该箱体内，所述箱体内靠近所述模腔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，该气体输入口用于输入臭氧或保护气氛，所述模腔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所述控制系统电连接。
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