CN112432888A - 一种粉尘层孔隙率原位测量装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉尘层孔隙率原位测量装置和测量方法。利用滤料性能测试台对位于上下夹具之间、置于金属网上方的目标滤料进行容尘，容尘前后打开夹具、调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下，启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录软件。本发明针对粉尘层孔隙率移动后测量将使粉尘层遭到破坏及取点测量精度受限的问题，发明粉尘层孔隙率原位测量方法，并运用风机和金属筛网辅助压平滤料、激光扫描测算粉尘层厚度分布、面积加权计算粉尘层平均厚度的方法得以更加精确地测算粉尘层孔隙率。
Description
技术领域
本发明属于空气洁净技术领域，具体涉及一种粉尘层孔隙率原位测量装置和测量方法
背景技术
近年来随着大众对空气质量关注度的提升，人们对空气洁净技术及理论发展的需求也进一步提高。在洁净空调系统中，过滤器中滤料表面过滤阻力增长直接影响系统风量及能耗，而表面过滤形成的粉尘层的孔隙率是影响阻力增长的重要参数，因此值得准确测量以辅助发展空气洁净理论。孔隙率是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比，由粉尘颗粒组成的粉尘层因结构松散易遭破坏、厚度极薄(小于100μm)，其孔隙率的准确测量较难实现。目前文献中的孔隙率测量方法受制于有限的测量点及非原位的测量方式，其准确率难以得到保证。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于激光测距的粉尘层孔隙率的测量装置和测量方法。
本发明针对测粉尘层孔隙率时移动后测量将使粉尘层遭到破坏及取点测量精度受限的问题，发明粉尘层孔隙率原位测量方法，并运用风机和金属筛网辅助压平滤料、激光扫描测算粉尘层厚度分布、面积加权计算粉尘层平均厚度的方法得以更加精确地测算粉尘层孔隙率。
本发明应用原理为，以原位测试的方式测量粉尘层孔隙率，确保滤料在测试过程中不受应力的影响而使得粉尘层结构发生变化。采用激光测距原理间接获得滤料沿直径方向的粉尘层厚度。假设每半环形滤料的粉尘层厚度分布相同，将得到的多组数据进行处理求其面积加权平均厚度，结合滤料粉尘层孔隙率计算式
其中α为尘饼的堆积密度，ms为单位面积粉尘质量，ρp为颗粒物密度，Zc为粉尘层厚度，可以求得该粉尘层孔隙率ε的值。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种粉尘层孔隙率原位测量装置，包括测试台、目标滤料，其特征在于，硬件部分还包括上下夹具、金属网、由步进电机驱动的匀速移动滑块、激光距离传感器、以及设于滤料性能测试台内的风机、收集和记录数据的电脑；其中：目标滤料位于上下夹具之间的金属网上，激光距离传感器与匀速移动滑块分别与电脑连接；所述电脑设有软件部分，主要是记录激光距离传感器的距离数据和控制通过滤料的气流流量；软件部分包括发尘控制模块、气流控制模块、滤料测试模块，其中：所述发尘控制模块用于实现容尘前后再打开夹具；所述气流控制模块用于调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下；所述滤料测试模块用于启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录，测量并记录滤料或上面粉尘层沿直径方向与激光距离传感器的距离分布，得到容尘前后距离差的分布为粉尘层厚度分布，利用面积加权平均法计算粉尘层平均厚度并根据孔隙率理论模型最终计算得到粉尘层孔隙率数值。
由上述装置进行的粉尘层孔隙率原位测量方法，其特征在于，利用滤料性能测试台对位于上下夹具之间、置于金属网上方的目标滤料进行容尘，容尘前后打开夹具、调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下，启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录软件，测量并记录滤料或上面粉尘层沿直径方向与激光距离传感器的垂直距离分布，可得到容尘前后垂直距离变化值的分布为粉尘层厚度分布，利用面积加权平均法计算粉尘层平均厚度并根据孔隙率理论模型最终计算得到粉尘层孔隙率数值。
本发明原位测量方式，运用风机和金属筛网辅助压平滤料，减少滤料发生褶皱引起的测量误差。
实施例技术方案：在容尘前后打开夹具，调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下，启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录软件。激光测距传感器分辨率为0.1μm，并由匀速滑块推动激光测距传感器沿直径方向测距，电脑收集并记录数据。
与现有的技术相比，本发明具有以下优势：基于原位测量和激光测距使得测量过程不会使粉尘层孔隙率结构发生变化，而且不受测量点的限制，可以得到足够多的数据。该装置的有效减少误差产生，首先在测量过程中开启风机，可以有效避免滤料褶皱带来的误差；其次是来源于激光测距传感器的分辨率误差及测量过程中可以得到较多的数据，可以有效减小随机误差。该测量方式测量粉尘层的孔隙率和厚度具有良好的复现性，不会破坏滤料。
附图说明
图1装置主视图；
图2装置立体图；
图3滤料容尘后粉尘层示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本装置包括金属网、由步进电机驱动的匀速滑块、激光距离传感器、设于滤料性能测试台内的风机、收集和记录数据的电脑。
在滤料安置完毕后，首先采用如图1所示的激光扫描孔隙率测量装置测量滤料容尘前与激光距离传感器的距离分布4次，在测量过程中风速设置为32L/min，滤料面风速为5.33cm/s，相对湿度为50％。之后关闭夹具，使用滤料性能测试台发生实验气溶胶对滤料进行容尘。容尘结束后打开夹具，调整风机使滤料阻力保持为容尘前距离测试时的数值，之后再次测量滤料容尘后与激光距离传感器的距离分布4次，该测量时粉尘层厚度如图3所示。整个测试过程中滤料一直保持原位静止。在本次实验中测量后的容尘滤料的阻力与测量前相比没有发生变化，则证明在测量过程中粉尘层的结构没有被测量过程影响。
对于8次测量中获取的每一组测量数据，均对其包含的1853个距离数据计算面积加权平均值。获得清洁滤料距离测量面积加权平均值依次为0.5702mm，0.5713mm，0.5716mm，0.5709mm。容尘后滤料距离测量面积加权平均值为0.5254mm，0.5265mm，0.5261mm，0.5259mm。则这两组数据各自平均后相减得到粉尘层平均厚度为0.0450mm，结合测得的粉尘层质量11.24mg，以及粉尘真密度2.1g/cm3，最后采用粉尘层孔隙率计算式算得粉尘层孔隙率0.9881。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种粉尘层孔隙率原位测量装置，包括测试台、目标滤料，其特征在于，硬件部分还包括上下夹具、金属网、由步进电机驱动的匀速移动滑块、激光距离传感器、以及设于滤料性能测试台内的风机、收集和记录数据的电脑；其中：目标滤料位于上下夹具之间的金属网上，激光距离传感器与匀速移动滑块分别与电脑连接；
所述电脑设有软件部分，主要是记录激光距离传感器的距离数据和控制通过滤料的气流流量；软件部分包括发尘控制模块、气流控制模块、滤料测试模块，其中：
所述发尘控制模块用于实现容尘前后再打开夹具；
所述气流控制模块用于调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下；
所述滤料测试模块用于启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录，测量并记录滤料或上面粉尘层沿直径方向与激光距离传感器的距离分布，得到容尘前后距离差的分布为粉尘层厚度分布，利用面积加权平均法计算粉尘层平均厚度并根据孔隙率理论模型最终计算得到粉尘层孔隙率数值。
2.一种由权利要求1装置进行的粉尘层孔隙率原位测量方法，其特征在于，利用滤料性能测试台对位于上下夹具之间、置于金属网上方的目标滤料进行容尘，容尘前后打开夹具、调节风机使一定流量的气流通过滤料将其压平在金属网上的状态下，启动匀速滑块、激光距离传感器及电脑中的数据记录软件，测量并记录滤料或上面粉尘层沿直径方向与激光距离传感器的垂直距离分布，可得到容尘前后垂直距离变化值的分布为粉尘层厚度分布，利用面积加权平均法计算粉尘层平均厚度并根据孔隙率理论模型最终计算得到粉尘层孔隙率数值。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，电脑收集的每组粉尘层厚度分布数据采用面积加权平均的方式求得其平均厚度，依据孔慈率理论模型求得粉尘层孔隙率值。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，假设每半环形滤料的粉尘层厚度分布相同，将得到的多组数据进行处理求其面积加权平均厚度，结合滤料粉尘层孔隙率计算式
其中α为尘饼的堆积密度，ms为单位面积粉尘质量，ρp为颗粒物密度，Zc为粉尘层厚度，可以求得该粉尘层孔隙率ε的值。
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