CN105606493B - 一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法，该装置包括接触角测试部分、润湿速度测试部分、表面张力测试部分和计算机处理部分；该方法采用上述装置进行测试，以液位传感器将液位信号转换为电流信号从而准确测定润湿速度；基于Wilhemly原理，采用压敏传感器快速测定粉尘样对降尘剂溶液的接触角；采用表面张力传感器并结合计算机数值模型测定临界胶束浓度；最终以润湿速度作为基础参数，接触角作为优选参数，以临界胶束浓度作为成本参数，得出综合表征降尘剂润湿性能的参数——润湿度F _avc 。本发明测试速度快、准确度高，测试装置智能化、操作简单，在各类降尘剂的研制和优选中有广泛的适用性。

Description

一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种降尘剂湿润度的测试装置与方法，具体是一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法，属于粉尘防治领域。

背景技术

粉尘是矿山、建筑、建材、冶金等行业的主要职业危害，严重危害工人的身体健康，水喷雾等是目前防治粉尘最常用的技术，但由于水的表面张力较大，达72mN/m且呼吸性粉尘大多具有疏水性，因此降尘效率较低。向水中加入降尘剂而降低溶液的表面张力、增加粉尘的亲水性是提高喷雾降尘效果的一条重要途径。但由于缺乏可以综合测试降尘剂润湿性能的装置与方法，仅仅测试沉降时间、接触角等单一参数，不能真实反映降尘剂的润湿性能，导致所配制出的降尘剂溶液润湿效果参差不齐；此外，现有研究在降尘剂润湿粉尘性能测试中还缺少经济成本的考虑，导致降尘剂制备成本高，应用面受到较大制约。为此，申请者采用润湿速度作为基础参数、接触角作为优选参数、临界胶束浓度作为经济成本参数，提出综合表征降尘剂润湿性能的参数——润湿度F _avc，但还需要发明相应的测试装置和方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法, 综合接触角、润湿速度和临界胶束浓度等参数的优点，提出润湿度及其测试方法与测定装置，快捷、安全、高效经济，解决现场除尘中对降尘剂的选择困难、成本高的问题。

为了实现上述目的，一种快速测试降尘剂对粉尘润湿度的装置，包括接触角测试部分、润湿速度测试部分、表面张力测试部分和计算机处理部分；

所述接触角测试部分包括压力传输线、螺旋旋钮、可升降式连杆、压敏传感器、盛液皿、可升降送片管、缓冲台、厚度调节器、隔离柱、直径调节器、模具、压力调节器、钢制导管和V阀门；V阀门位于进料槽的底部位置，在钢制导管的一端设有模具，模具上设压力调节器，模具的底端依次连接有直径调节器、隔离柱、厚度调节器和缓冲台，缓冲台上设有起调节作用的升降阀，可升降送片管延伸至盛液皿底部；盛液皿位于压敏传感器上，通过可升降式连杆支撑，可升降式连杆上有螺旋旋钮，压敏传感器通过压力传输线连接于计算机处理部分；

所述的润湿速度测试部分包括I阀门、玻璃导管、全固定式液槽、支撑底座、液位传输线、液位传感器和连接插口；I阀门位于进料槽底部，全固定式液槽连接有玻璃导管并依靠支撑底座支撑，全固定式液槽中部设有液位传感器，通过液位传输线连接于计算机处理部分，液位传输线与液位传感器依靠连接插口连接，在全固定式液槽的另一侧底端安装有IV阀门；

所述的表面张力测定部分包括测试按钮、反转按钮、微型电机、金属保护罩、表面张力传感器、数据传输口、数据处理芯片、支撑杆、金属丝、铂圆环、表面张力传输线、玻璃槽、II阀门、III阀门和导液管；金属保护罩通过支撑杆进行支撑，其外设有测试按钮和反转按钮，控制内部微型电机的正反转，其内部含有表面张力传感器连接金属丝，金属丝的下端连接有铂圆环，表面张力传感器另一端通过数据传输口连接数据处理芯片，其所测得的表面张力值在数据处理芯片中处理后，经表面张力传输线连接于计算机处理部分，玻璃槽的底部装有用于排放降尘剂溶液的II阀门和III阀门，玻璃槽和全固定式液槽通过导液管连接。

进一步地，所述盛液皿内设有微型液位传感器。

本发明还给出一种利用上述装置测试降尘剂润湿度的方法，包括以下步骤：

a.取采自产尘点的粉尘，筛选出直径小于1.0 mm的粉尘试样，将筛选出的粉尘试样干燥处理，并直接倒入进料槽中，然后将制配好的降尘剂溶液分别加入到玻璃槽、全固定式液槽和盛液皿中；

b.打开V阀门，使进料槽中的部分粉尘经钢制导管流入模具中，打开压力调节器，对粉尘进行加压制片，粗加工制得的尘片直接落入直径调节器中，使其制成直径范围10mm～20mm的尘片，之后落入厚度调节器调节尘片厚度范围达到1mm～3mm，手动调节升降阀，将尘片经可升降送片管缓慢送至盛液皿中，其底部的压敏传感器记录下放入尘片前后的读数F ₁ 、F ₂ ，同时微型液位传感器将液位信息传给压敏传感器，并经压力传输线传入计算机处理部分中，盛液皿以及其中的降尘剂溶液质量为m ₁ ，尘片质量为m ₂ ，根据公式：

式中：p─润湿周长；─表面张力； ─接触角；∆ρ─液体与空气的密度差；V _disp─尘片浸入液体的体积；

得到接触角；

c. 在进行步骤b的同时，开始进行表面张力测定，按下测试按钮，使微型电机开始工作，将铂圆环浸没在液面以下，停止微型电机，使其反转，将铂圆环缓慢拉出液面，这时，表面张力传感器上会记录下该降尘剂溶液的表面张力值，并通过表面张力传输线传输到计算机处理部分中；

d. 待步骤b、c完成后，依次扭动III阀门和II阀门，使降尘剂溶液由玻璃槽流入全固定式液槽中，液体不再流动后，依次关闭II阀门和III阀门，打开I阀门，使进料槽中剩下的粉尘经玻璃导管进入到全固定式液槽中，在粉尘浸入降尘剂溶液过程中，液位传感器不断将液位信息通过液位传输线传入计算机处理部分中，待液位传感器的电流信号不再变化时，计算机显示润湿速度v；

e. 重复b、c、d步骤5～7次，将每次得到的接触角和润湿速度去除最大值与最小值，求取均值得到、，根据每次得到的表面张力值与对应的浓度，得到表面张力─浓度图，在性质突变的拐点处所对应的浓度即为临界胶束浓度c，并在计算机中输出；

f. 根据计算得到的润湿度F _avc 值，对降尘剂润湿粉尘性能进行等级划分，判据如下：

I级：F _avc ＞8.1，润湿性能优；

II级： 3.2＜F _avc ≤8.1，润湿性能良；

III级： 1.8＜F _avc ≤3.2，润湿性能中；

IV级： F _avc ≤1.8，润湿性能差。

与现有技术相比，本发明提出了一套可以将接触角、润湿速度和临界胶束浓度全部测定的装置与方法，所有测定过程在同一套仪器设备上完成，避免了设备故障等时间、空间上的不确定因素，达到快速测试降尘剂润湿性能的目的，测试省时省力；本发明采用高灵敏度的压敏传感器、液位传感器和表面张力传感器，利用计算机进行数据计算和图像处理，减少了测量误差，最大化地去除了人为操作失误，使测试结果更加准确；此外，本发明将经济成本问题一并考虑，采用临界胶束浓度作为成本参数，润湿速度作为基础参数，接触角作为优选参数，全面、综合地测试润湿性能，有利于优选出润湿性能最优的降尘剂溶液，更加有助于对降尘剂溶液的选择，有利于现场应用。

附图说明

图1是本发明一种快速测试降尘剂润湿度的装置与方法结构示意图；

图2是本发明中压片结构部分的剖面示意图；

图3是本发明中计算机处理部分工作流程图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明一种快速测试降尘剂润湿度的装置，包括接触角测试部分33、润湿速度测试部分4、表面张力测试部分12和计算机处理部分24。接触角测试部分33包括压力传输线29、螺旋旋钮30、可升降式连杆31、压敏传感器32、盛液皿35、可升降送片管36、缓冲台37、厚度调节器39、隔离柱40、直径调节器41、模具42、压力调节器43、钢制导管44和V阀门45，它是这样实现的：V阀门45位于进料槽1的底部，钢制导管44的一端设有模具42，通过螺栓连接，模具 42上设压力调节器43，模具 42的底端依次连接有直径调节器41、隔离柱40、厚度调节器39和缓冲台37，缓冲台37上设有升降阀38，具有调节作用，可升降送片管36可以延伸至盛液皿35底部。压敏传感器32位于盛液皿35之下，通过压力传输线29连接于计算机处理部分24，可升降式连杆31上有螺旋旋钮30，具有调节作用；所述的润湿速度测试部分4包括I阀门2、玻璃导管3、全固定式液槽23、支撑底座25、液位传输线26、液位传感器27和连接插口28，它是这样实现的：I阀门2位于进料槽1底部，封住玻璃导管3，需要进料时，打开I阀门2，粉料流入玻璃导管3中，玻璃导管3的底端连接着全固定式液槽23，全固定式液槽23依靠支撑底座25紧密支撑，以防止液体发生波动，在液槽的中部放有液位传感器27，并通过液位传输线26连接于计算机处理部分24，在全固定式液槽23的另一侧底端安装有IV阀门22，控制降尘剂溶液的流入；所述的表面张力测定部分12包括测试按钮5、微型电机11、金属保护罩6、表面张力传感器7、数据传输口9、数据处理芯片10、支撑杆13、金属丝14、铂圆环15、表面张力传输线16、玻璃槽18、II阀门20、III阀门17和导液管21，它是这样实现的：金属保护罩6依靠支撑杆13进行支撑，金属保护罩6外设测试按钮5和反转按钮8，控制内部微型电机11的正反转，表面张力传感器7位于金属保护罩6内部并直接连接金属丝14，金属丝14的下端连接有铂圆环15，表面张力传感器7另一端连接数据传输口9与数据处理芯片10相连，所测表面张力值在数据处理芯片10中处理后，经表面张力传输线16传输于计算机处理部分24，固定底座19装有玻璃槽18盛液，底部装有II阀门20和III阀门17，用于排放降尘剂溶液。

一种利用上述装置进行降尘剂对粉尘润湿度的快速测试方法，其步骤如下：首先取采自产尘点的粉尘，筛选出直径小于1.0 mm的粉尘试样，将筛选出的粉尘试样干燥处理，干燥后直接倒入进料槽1中，然后将制配好的降尘剂溶液分别加入到玻璃槽18、全固定式液槽23和盛液皿35中；打开V阀门45，使进料槽1中的部分粉尘经钢制导管44流入模具42中，这时打开压力调节器43，对粉尘进行加压制片，粗加工制得的尘片直接落入直径调节器41中，制成直径10mm-20mm的尘片，之后直接落入厚度调节器39调节尘片厚度为1mm-3mm，尘片制好后，手动调节升降阀38，将尘片经可升降送片管36缓慢送至盛液皿35中，压敏传感器32记录下放入尘片前后的读数F ₁ 、F ₂ ，同时微型液位传感器34将液位信息传给压敏传感器32，并传入计算机处理部分24中，假设盛液皿35以及其中的降尘剂溶液质量为m ₁ ，尘片质量为m ₂ ，则

式中：

p─润湿周长；─表面张力； ─接触角；∆ρ─液体与空气的密度差； V _disp─尘片浸入液体的体积；得到接触角；

在进行以上工作的同时开始进行表面张力测定部分12，按下测试按钮5，使微型电机11开始工作，将铂圆环15浸没在液面以下；停止微型电机11反转，将铂圆环15缓慢拉出液面，这时，表面张力传感器7上会记录下该降尘剂溶液的表面张力值，并通过表面张力传输线16传输到计算机处理部分24中；待以上操作全部完成后，依次扭动III阀门17和II阀门20，使降尘剂溶液由玻璃槽18流入全固定式液槽23中，液体不再流动后，依次关闭II阀门20和III阀门17，打开I阀门2，使进料槽1中剩下的粉尘经玻璃导管3进入到全固定式液槽23中，在粉尘浸入降尘剂溶液过程中，液位传感器27不断将液位信息通过液位传输线26传入计算机处理部分24中，待液位传感器27的电流信号不再变化时，即可通过电流信号求出润湿速度v；重复以上步骤5～7次，将每次得到的接触角和润湿速度v去除最大值与最小值，求平均值得到、，取每次得到的表面张力值与对应的浓度，画出表面张力─浓度图，在性质突变的拐点处所对应的浓度即为临界胶束浓度c；

其中计算机处理部分，是这样实现的：如图3所示，首先在开始工作前将尘片的润湿周长p、空气与液体的密度差∆ρ与尘片质量m ₂ 输入到计算机处理部分，待压敏传感器的压力信号∆F、液位传感器的液位信号V _disp 以及表面张力值值传到之后，根据公式在计算机中将接触角计算得出，与此同时，计算机将每次的表面张力值储存起来，当实验次数达到10次后，自动生成表面张力─浓度曲线，在曲线拐点处即为临界胶束浓度CMC，最后测试润湿速度，测试时，液位传感器将液位信号转换为电流信号传输到计算机处理部分，计算机每10 s收集一次电流信号，待电流信号基本不变时停止收集，这时由计算机自动生成电流─时间曲线，则润湿速度v= ，将c、 、v值代入润湿度，F _avc 计算公式得出该降尘剂溶液对粉尘的润湿度值，并得出润湿性能等级。根据十烷基磺酸钠对某矿褐煤样品润湿性实验结果，F _avc =10.04，即此降尘剂溶液的降尘效果等级为优，这和现场的效果一致。

Claims (3)

1.一种快速测试降尘剂润湿度的装置，其特征在于，包括接触角测试部分（33）、润湿速度测试部分（4）、表面张力测试部分（12）和计算机处理部分（24）；

所述接触角测试部分（33）包括压力传输线（29）、螺旋旋钮（30）、可升降式连杆（31）、压敏传感器（32）、盛液皿（35）、可升降送片管（36）、缓冲台（37）、厚度调节器（39）、隔离柱（40）、直径调节器（41）、模具（42）、压力调节器（43）、钢制导管（44）和V阀门（45）；

V阀门（45）位于进料槽（1）的底部位置，在钢制导管（44）的一端设有模具（42），模具（42）上设压力调节器（43），模具 （42）的底端依次连接有直径调节器（41）、隔离柱（40）、厚度调节器（39）和缓冲台（37），缓冲台（37）上设有起调节作用的升降阀（38），可升降送片管（36）延伸至盛液皿（35）底部；盛液皿（35）位于压敏传感器（32）上，通过可升降式连杆（31）支撑，可升降式连杆（31）上有螺旋旋钮（30），压敏传感器（32）通过压力传输线（29）连接于计算机处理部分（24）；

所述的润湿速度测试部分（4）包括I阀门（2）、玻璃导管（3）、全固定式液槽（23）、支撑底座（25）、液位传输线（26）、液位传感器（27）和连接插口（28）；I阀门（2）位于进料槽（1）底部，全固定式液槽（23）连接有玻璃导管（3）并依靠支撑底座（25）支撑，全固定式液槽（23）中部设有液位传感器（27），通过液位传输线 （26）连接于计算机处理部分（24），液位传输线（26）与液位传感器（27）通过连接插口（28）连接，在全固定式液槽（23）的另一侧底端安装有IV阀门（22）；

所述的表面张力测定部分（12）包括测试按钮（5）、反转按钮（8）、微型电机（11）、金属保护罩（6）、表面张力传感器（7）、数据传输口（9）、数据处理芯片（10）、支撑杆（13）、金属丝（14）、铂圆环（15）、表面张力传输线（16）、玻璃槽（18）、II阀门（20）、III阀门（17）和导液管（21）；金属保护罩（6）通过支撑杆（13）进行支撑，其外设有测试按钮（5）和反转按钮（8），控制内部微型电机（11）的正反转，其内部含有表面张力传感器（7）连接金属丝（14），金属丝（14）的下端连接有铂圆环 （15），表面张力传感器（7）另一端通过数据传输口（9）连接数据处理芯片（10），其所测得的表面张力值在数据处理芯片（10）中处理后，经表面张力传输线（16）连接于计算机处理部分（24），玻璃槽（18）的底部装有用于排放降尘剂溶液的II阀门（20）和III阀门（17），玻璃槽（18）和全固定式液槽（23）通过导液管（21）连接。

2.根据权利要求1所述的快速测试降尘剂润湿度的装置，其特征在于，所述盛液皿（35）内设有微型液位传感器（34）。

3.一种利用权利要求1或2所述快速测试降尘剂润湿度的装置测试降尘剂润湿度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 取采自产尘点的粉尘，筛选出直径小于1.0 mm的粉尘试样，将筛选出的粉尘试样干燥处理，并直接倒入进料槽（1）中，然后将制配好的降尘剂溶液分别加入到玻璃槽（18）、全固定式液槽（23）和盛液皿（34）中；

b. 打开V阀门（45），使进料槽（1）中的部分粉尘经钢制导管（44）流入模具（42）中，打开压力调节器（43），对粉尘进行加压制片，粗加工制得的尘片直接落入直径调节器（41）中，使其制成直径范围10mm～20mm的尘片，之后落入厚度调节器（39）调节尘片厚度范围达到1mm～3mm，手动调节升降阀（38），将尘片经可升降送片管（36）缓慢送至盛液皿（35）中，其底部的压敏传感器（32）记录下放入尘片前后的读数F ₁ 、F ₂，同时微型液位传感器（34）将液位信息传给压敏传感器（32），并经压力传输线（29）传入计算机处理部分（24）中，盛液皿（35）以及其中的降尘剂溶液质量为m ₁，尘片质量为m ₂；根据公式：

式中p为润湿周长、为表面张力、为接触角、∆ρ为液体与空气的密度差、V _disp为尘片浸入液体的体积；

得到接触角；

c. 在进行步骤b的同时，开始进行表面张力测定，按下测试按钮（5），使微型电机（11）开始工作，将铂圆环（15）浸没在液面以下，停止微型电机（11），使其反转，将铂圆环（15）缓慢拉出液面，这时，表面张力传感器（7）上会记录下该降尘剂溶液的表面张力值，并通过表面张力传输线（16）传输到计算机处理部分（24）中；

d. 待步骤b、c完成后，依次扭动III阀门（17）和II阀门（20），使降尘剂溶液由玻璃槽（18）流入全固定式液槽（23）中，液体不再流动后，依次关闭II阀门（20）和III阀门（17），打开I阀门（2），使进料槽（1）中剩下的粉尘经玻璃导管（3）进入到全固定式液槽（23）中，在粉尘浸入降尘剂溶液过程中，液位传感器（27）不断将液位信息通过液位传输线（26）传入计算机处理部分（24）中，待液位传感器（27）的电流信号不再变化时，计算机显示润湿速度v；

e. 重复b、c、d步骤5～7次，将每次得到的接触角和润湿速度去除最大值与最小值，求取均值得到、，根据每次得到的表面张力值与对应的浓度，得到表面张力─浓度图，在性质突变的拐点处所对应的浓度即为临界胶束浓度c，并在计算机中输出；

f. 根据计算得到的润湿度F _avc 值，对降尘剂润湿粉尘性能进行等级划分，判据如下：

I级：F _avc ＞8.1，润湿性能优；

II级： 3.2＜F _avc ≤8.1，润湿性能良；

III级： 1.8＜F _avc ≤3.2，润湿性能中；

IV级： F _avc ≤1.8，润湿性能差。