CN110987728B - 一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置 - Google Patents

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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials

Abstract

本发明提供一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，属于粉尘渗透速率测定技术领域。该装置可同时进行粉尘两种渗透速率的测定，由数据采集与处理器、反向渗透储液管、正向渗透管、调平底座和移样器组成，数据采集与处理器连接反向渗透储液管和正向渗透管，反向渗透储液管安装在调平底座上，正向渗透管上方留有移样器接口。本发明可以同时测定粉尘正反向渗透速率，简化实验，提高实验效率，使用激光测距传感器进行测距可提高数据精度，本发明可快速处理数据并存储结果，大大降低了实验的人工成本。

Description

一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置
技术领域
本发明涉及粉尘渗透速率测定技术领域，特别是指一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置。
背景技术
近年来，随着采矿技术不断发展，大型机械化采矿设备的普及导致井下生产性粉尘浓度不断增加，严重危害着井下工作人员的健康。研究粉尘的可润湿性对合理选择除尘、降尘技术与装备具有重要意义。
目前，粉尘润湿性的评价方法主要分为静态测量法与动态测量法。其中静态测量法主要包括沉降法(Walker法)、接触角测定法、正向渗透法和反向渗透法。
相比于动态测量法，静态测量法具有操作简便、可控制性强、实验成本低等显著优点，其中，正、反向渗透法测试结果更能准确反映粉尘润湿性，而目前测定粉尘正、反向渗透速率需单独进行测量，且均采用人眼实时观测记录的方法，具有测试精度低、自动化程度低、效率低的“三低”特点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，该方法可以改进目前已有的测量粉尘渗透速率的实验装置，通过测定液面变化来计算随时间渗入粉体的液体体积，从而得出液体渗入粉体的速率。
该装置能够同时进行两种粉尘渗透速率的测定，包括数据采集与处理器、反向渗透储液管、正向渗透管、调平底座和移样器，数据采集与处理器位于装置的最上端，下端与反向渗透储液管及正向渗透管相连，反向渗透储液管下端固定在调平底座上，移样器组装在正向渗透管上端。
数据采集与处理器由激光测距传感器、微处理器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元组成，其中，激光测距传感器有两个，微处理器与激光测距传感器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元相连，定时测定、处理实验数据，显示单元为触摸屏，控制单元包括开关机键及记录开始/暂停键，接口单元为type-c接口，电源单元为可充电的锂电池。
反向渗透储液管为透明容器，侧壁标有液面限高标志，底部有定位凹槽结构。
正向渗透管主体为透明材质，上部有夹持装置将其固定于数据采集与处理器上，侧壁标有液面限高标志，下部有放置滤纸的滤纸仓。
调平底座具有4个可调高度的调整脚用来调平装置，中部固定反向渗透储液管的固定器可沿中心轴旋转，调平底座一边设置水平仪。
激光测距传感器中的一个位于正向渗透管中心上方，另一个位于正向渗透管的外侧及反向渗透储液管的内测上方，激光测距传感器具有激光发射器和激光接收片，激光发射器与激光接收片朝向垂直向下，精度为1mm。
移样器使用时组装于正向渗透管的上端，上口在正向渗透管的外侧，下口伸入正向渗透管的内部。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，该装置可以同时进行粉尘两种渗透速率的测定：①正向渗透速率，又称颗粒床浸试验，测定液体在重力作用下向粉体渗透的速度；②反向渗透速率，又称毛细上升试验，液体由于毛细作用在粉体中不受阻碍地上升时的速度。本发明改进了目前已有的测量粉尘渗透速率的实验装置，可以同时测定粉尘正反向渗透速率，简化实验，提高实验效率，使用激光测距传感器进行测距可提高数据精度，本发明可快速处理数据并存储结果，大大降低了实验的人工成本。
附图说明
图1为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的结构示意图；
图2为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的拆分结构示意图；
图3为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的数据采集与处理器系统结构示意图；
图4为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的正向渗透管结构示意图；
图5为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的正向渗透管和移样器结构示意图；
图6为本发明的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置的底座结构示意图。
其中：1-数据采集与处理器，2-反向渗透储液管，3-调平底座，4-正向渗透管，5-移样器，6-浮漂，31-水平仪，32-调整脚，33-固定器，41-滤纸仓，42-盛药管，43-夹持装置，51-漏斗固定器，52-漏斗。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图进行详细描述。
本发明提供一种可同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置。
该装置能够同时进行粉尘两种渗透速率的测定，包括数据采集与处理器1、反向渗透储液管2、正向渗透管4、调平底座3和移样器5，数据采集与处理器1位于装置的最上端，下端与反向渗透储液管2及正向渗透管4相连，反向渗透储液管2下端固定在调平底座3上，移样器5组装在正向渗透管4上端。
数据采集与处理器1由激光测距传感器、微处理器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元组成，其中，激光测距传感器有两个，微处理器与激光测距传感器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元相连，定时测定、处理实验数据，显示单元为触摸屏，控制单元包括开关机键及记录开始/暂停键，接口单元为type-c接口，电源单元为可充电的锂电池。
反向渗透储液管2为透明容器，侧壁标有液面限高标志，底部有定位凹槽结构。
正向渗透管4主体为透明材质，上部有夹持装置将其固定于数据采集与处理器1上，侧壁标有液面限高标志，下部有滤纸放置装置。
调平底座3具有4个可调高度的支撑脚用来调平装置，中部固定反向渗透储液管2的固定装置可沿中心轴旋转。
激光测距传感器一个位于正向渗透管4中心上方，另一个位于正向渗透管4的外侧及反向渗透储液管2的内测上方，激光测距传感器具有激光发射器和激光接收片，激光发射器与激光接收片朝向垂直向下，精度为1mm。
移样器5使用时组装于正向渗透管4的上端，上口在正向渗透管4的外侧，下口伸入正向渗透管4的内部。
下面将结合具体实施例进行详细描述。
如图1所示，该装置包括数据采集与处理器1、反向渗透储液管2、正向渗透管4、调平底座3和移样器5。实际使用时，将滤纸放于如图4所示的装药管底部滤纸仓41；再在正向渗透管4顶部用如图5所示的移样器5漏斗固定器51固定漏斗52，通过漏斗52将粉尘与液体装入盛药管42，液体高度不超过正向渗透管4上标注的限高标志，之后将正向渗透管4固定于数据采集与处理器1下的夹持装置43上。
如图2所示，将反向渗透储液管2固定于底座3的如图6所示的固定器33上，在反向渗透储液管2中加入液体，液体高度不超过反向渗透储液管2上标注的限高标志；将数据采集与处理器1盖于反向渗透储液管2上，并调整底座调整脚32，使底座上的水平仪31气泡到达水平仪中心处。
使用图3所示的控制单元触发微处理器的控制器模块。使用控制单元开关机键启动数据采集与处理器1，使用控制单元记录开始/暂停键控制数据采集与处理器开始/暂停记录数据，实时数据显示于显示单元上。
使用接口单元连接计算机，可从装置中导出数据记录时间与相应的2个传感器所测定的距离数据。
传感器1测定的距离数据为颗粒床浸试验中，液面上浮漂6到传感器的距离h1，正向渗透管内液面面积为s1，则可得粉尘的瞬时正向渗透速率v1为
Figure BDA0002307319300000041
式中，Δh1为液面到传感器的距离h1在一定时间内的变化量；Δt1为液面到传感器的距离变化Δh1所用时间。
传感器2测定的距离数据为毛细上升试验中，液面上浮漂6到传感器的距离h2，反向渗透储液管2内液面面积为s2，则可得粉尘的瞬时反向渗透速率v2为
Figure BDA0002307319300000051
式中，Δh2为液面到传感器的距离h2在一定时间内的变化量；Δt2为液面到传感器的距离变化Δh2所用时间。
本发明可以同时测定粉尘正反向渗透速率，简化实验，提高了实验效率，使用激光测距传感器进行测定，提高了数据精度，同时该装置可快速处理数据并存储结果，大大降低了实验的人工成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，其特征在于：包括数据采集与处理器（1）、反向渗透储液管（2）、正向渗透管（4）、调平底座（3）和移样器（5），数据采集与处理器（1）位于装置的最上端，数据采集与处理器（1）下端与反向渗透储液管（2）及正向渗透管（4）相连，反向渗透储液管（2）下端固定在调平底座（3）上，正向渗透管（4）上端留有移样器（5）接口；正向渗透管（4）组装后位于反向渗透储液管（2）内部；
所述反向渗透储液管（2）为透明容器，侧壁标有液面限高标志，底部有定位凹槽结构；
所述正向渗透管（4）主体盛药管（42）为透明材质，上部有夹持装置（43）将其固定于数据采集与处理器（1）上，侧壁标有液面限高标志，下部有放置滤纸的滤纸仓（41）；
所述移样器（5）使用时组装于正向渗透管（4）的上端，移样器（5）的上口在正向渗透管（4）的外侧，下口伸入正向渗透管（4）的内部；
该装置能够同时进行粉尘两种渗透速率的测定。
2.根据权利要求1所述的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，其特征在于：所述数据采集与处理器（1）由激光测距传感器、微处理器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元组成，其中，激光测距传感器有两个，微处理器分别连接激光测距传感器、显示单元、存储器、接口单元、控制单元和电源单元，显示单元为触摸屏，控制单元包括开关机键和记录开始/暂停键，接口单元为type-c接口，电源单元为可充电的锂电池。
3.根据权利要求1所述的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，其特征在于：所述调平底座（3）具有4个可调高度的调整脚（32）用来调平装置，中部固定反向渗透储液管（2）的固定器（33）能够沿中心轴旋转，调平底座（3）一边设置水平仪（31）。
4.根据权利要求2所述的同时测定粉尘正、反向渗透速率的实验装置，其特征在于：所述激光测距传感器中的一个位于正向渗透管（4）中心上方，另一个位于正向渗透管（4）的外侧及反向渗透储液管（2）的内侧 上方，激光测距传感器具有激光发射器和激光接收片，激光发射器与激光接收片朝向垂直向下，精度为1mm。
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