CN113776995A - 一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，属于流体力学与颗粒力学领域，包括可换吸管体（1）、基座（3）、透明亚克力罩（4）、风机座（6）、风机（7）、颗粒（8）、颗粒支撑杆（9）、压力传感器（11）、测量台（12），本发明通过杠杆原理将颗粒受到本身较小的力进行放大，让颗粒受到吸附力变化随其他因素变化更加明显，方便研究气吸式播种机的学者对种子处于静态时所受的吸附力及吸附力随因素变化进行探索或测定。
Description
技术领域
本发明属于流体力学与颗粒力学领域，具体地说，涉及一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置。
背景技术
目前实验室多采用基于颗粒重力的逆向推导过程来测量颗粒在吸孔处或吸孔附近所受吸附力，通过垂直悬挂吸孔体或吸管的方式逐渐靠近颗粒，当颗粒在一定负压条件下被吸孔吸附时，利用颗粒所受重力与吸附力平衡来逆向推导颗粒所受吸附力的值。但可直接用于测定颗粒所受吸附力的方法与装置尚未被发明，目前除了通过数值计算和逆向推导等方法对颗粒所受吸附力进行求解未能用接触式测量方法对其进行测定和数值推导计算结果进行验证。
目前国内的常规吸附力测定方法及装置存在以下几方面问题：
1)常规测量方法均采用逆向推导的方式，其中颗粒在吸附力过程中是做变速运动的，作用在颗粒上的力并不平衡，该测量方法的精确度较低；
2)常规吸附力计算方法常认为吸附力是曳力，而这种理论观点缺乏相关实际验证。
3)常规式测量装置主要采用竖直式测量方式，其中包含多种垂直方向的力，如浮力，升力等，测得的实际吸附力值会有较大误差；
4)颗粒尺寸过小时，常规测量装置传感器有可能无法探查到随流体流速等多种因素变化引起的吸附力变化；
5)常规式测量装置不能直接显示测量结果，需要通过推导才能得到吸附力测量值。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出了一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，本发明通过杠杆原理将颗粒受到本身较小的力进行放大，让颗粒受到吸附力变化随其他因素变化更加明显，方便研究气吸式播种机的学者对种子处于静态时所受的吸附力及吸附力随因素变化进行探索或测定。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种颗粒在吸孔处所受吸附力测定装置包括可换吸管体1、基座3、透明亚克力罩4、风机座6、风机7、颗粒8、颗粒支撑杆9、短轴10、压力传感器11、测量台12，所述的基座3呈L形结构，L形结构基座3的横板顶部前后两侧分别设置有一个轨道，L形结构的基座3的竖板上设置有与两个滑轨连通的倒U形轨道凹槽，L形结构基座3的竖板中部开设有一个通孔，可换吸管体1通过螺栓可拆卸安装在基座3竖板的中部通孔中，L形结构基座3的横板顶部中部设置有与两个轨道平行的滑道，测量台12的下端安装在滑道内，测量台12上设置有能够将其固定在滑道内某一位置的测量台固定螺栓13，测量台12的顶部侧壁上设置有作为颗粒支撑杆9扭矩平衡点位置的凸起12-2，凸起12-2上开设有便于颗粒支撑杆9穿过的通孔，颗粒支撑杆9的顶端固接有用于测量吸附力的颗粒8，测量台12的中部安装有压力传感器11，颗粒支撑杆9固定在压力传感器11上形成杠杆力学放大机构，测量台12中部的通孔内固定安装有测量颗粒支撑杆9受力大小的压力传感器11；L形结构基座3的竖板相对一侧设置有风机座6，风机座6上通过螺栓可拆卸安装有风机7。
进一步，所述的风机座6上安装有整流网14。
进一步，所述的可换吸管体1与基座3的连接处设置有密封圈，基座3与透明亚克力罩4用密封条或密封油实现扣接。
进一步，所述的基座3内设置有方便对测量台12上的水平卡标12-1进行定位的刻度尺，水平卡标12-1的边线与颗粒支撑杆9上的颗粒中心在同一平面内。
进一步，所述的颗粒支撑杆9与压力传感器11相接部分呈杠杆，上下两段长度比为10：1。
进一步，所述的基座3高度、宽度与可换吸管体1上的喷管直径比为50：50：1。
本发明的有益效果：
本发明通过杠杆原理将颗粒受到本身较小的力进行放大，让颗粒受到吸附力变化随其他因素变化更加明显，方便研究气吸式播种机的学者对种子处于静态时所受的吸附力及吸附力随因素变化进行探索或测定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的置剖面示意图；
图3为本发明可换吸管体的剖面示意图；
图4为本发明基座的示意图；
图5为本发明测量台的结构示意图；
图6为本发明风机座的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，一种颗粒在吸孔处所受吸附力测定装置包括可换吸管体1、基座3、透明亚克力罩4、风机座6、风机7、颗粒8、颗粒支撑杆9、短轴10、压力传感器11、测量台12，所述的基座3呈L形结构，L形结构基座3的横板顶部前后两侧分别设置有一个轨道，L形结构的基座3的竖板上设置有与两个滑轨连通的倒U形轨道凹槽，L形结构基座3的竖板中部开设有一个通孔，可换吸管体1通过螺栓可拆卸安装在基座3竖板的中部通孔中，L形结构基座3的横板顶部中部设置有与两个轨道平行的滑道，测量台12的下端安装在滑道内，测量台12上设置有能够将其固定在滑道内某一位置的测量台固定螺栓13，测量台12的顶部侧壁上设置有作为颗粒支撑杆9扭矩平衡点位置的凸起12-2，凸起12-2上开设有便于颗粒支撑杆9穿过的通孔，颗粒支撑杆9的顶端固接有用于测量吸附力的颗粒8，测量台12的中部安装有压力传感器11，颗粒支撑杆9固定在压力传感器11上形成杠杆力学放大机构，测量台12中部的通孔内固定安装有测量颗粒支撑杆9受力大小的压力传感器11；L形结构基座3的竖板相对一侧设置有风机座6，风机座6上通过螺栓可拆卸安装有风机7。测量台12竖直放置在基座3的滑道内，通过测量台12的T型滑轨12-3令测量台12只能沿基座3的滑道内前后运动，滑动到需要相应的位置后，通过测量台固定螺栓13将测量台12固定在滑道内，由于测量台12的顶部侧壁上设置有作为颗粒支撑杆9扭矩平衡点位置的凸起12-2，凸起12-2上开设有便于颗粒支撑杆9穿过的通孔，颗粒支撑杆9的顶端固接有用于测量吸附力的颗粒8，测量台12中部的通孔内固定安装有测量颗粒支撑杆9受力大小的压力传感器11，所述的颗粒支撑杆9与压力传感器11相接部分呈杠杆，以凸起12-2为扭矩平衡点位置，颗粒支撑杆9的上下两段长度比为10：1；此时，通过可换吸管体1吸附颗粒8或通过可调速的风机7向透明亚克力罩4内吹风，使颗粒8一侧施加风力，颗粒8受到力学因素影响，这样颗粒8受到的力通过杠杆原理进行放大，压力传感器11测力值即为放大后的颗粒所受吸附力，从而实现对吸孔处颗粒8所受吸附力的直接测量。
在本发明中，作为优选，所述的风机座6上安装有整流网14；通过使用整流网14，能够进入透明亚克力罩4内的乱流整流成层流状态，避免外界气流进入透明亚克力罩4内时产生紊流。
在本发明中，作为优选，所述的可换吸管体1与基座3的连接处设置有密封圈，基座3与透明亚克力罩4用密封条或密封油实现扣接。
所述的基座3内设置有方便对测量台12上的水平卡标12-1进行定位的刻度尺，水平卡标12-1的边线与颗粒支撑杆9上的颗粒中心在同一平面内。此时水平卡标12-1与可换吸管体1的水平距离即为颗粒8中心与可换吸管体1之间的距离，该设计便于研究颗粒8所受吸附力与颗粒8中心与可换吸管体1之间距离之间的关系。
所述的基座3高度、宽度与可换吸管体1上的喷管直径比为50：50：1。
本发明的工作过程：
首先将测定装置装配好，将压力传感器11与可动测量台12固定好，并使颗粒支撑杆9下端紧贴压力传感器11，而后将可动测量台12置于基座3内需要的测量位置上，并对需要密封的区域进行密封。
若以气体流速为初始条件，打开风机7，调至需要风速，进行无颗粒下测量台12阻力标定，标定值记为F1。标定完成后，关闭风机7，滑开透明亚克力罩4，将颗粒8固定在支撑杆9上，再将透明亚克力罩4归位，重新密封。
打开风机7，将风机7调至实验需求风速，开始实验，待到压力传感器11采集数据平稳时，记录此时压力传感器11读数,记为F2，将所得数据值与实验前标定值做差，即为该条件下的颗粒8放大后的吸附力大小，将此值按颗粒支撑杆9上下端尺寸比例将经计算后所得颗粒8的吸附力值缩小，关闭风机7。
重启风机7，调至与第一次数据采集是相同的风速，待到压力传感器11采集数据平稳时，记录数据并用同样的数据处理方法得出颗粒8受到的吸附力大小，如此重复三次取平均值，所得平均值记录为颗粒8受到的实际吸附力大小。
关闭风机7，更换实验所需可换吸管体1或调整可动测量台12与可换吸管体1之间的距离，取下颗粒8重复实验前的标定过程。
标定完成后，重复上述实验步骤进行实验，并进行数据记录。
全部实验结束后，关闭风机7，取下密封条等密封材料，将滑开透明亚克力罩4取出颗粒8，取下风机7，将装置至于合适位置保存。
若以负压为初始条件，首先将风机7取下，保持原有区域密封状态，将负压风机用软管与可换吸管体1相接，调节负压风机令可换吸管体1中的气室达到试验所需负压，进行无颗粒状态下测量台12阻力标定,标定值记为F1。标定完成后，关闭负压风机，滑开透明亚克力罩4，将颗粒8固定在颗粒支撑杆9上，再将透明亚克力罩4归位，重新密封。
打开负压风机，将开负压风机调至实验需求负压，开始实验，待到压力传感器11采集数据平稳时，记录此时压力传感器11读数,记为F2，将所得数据值与实验前标定值做差，即为该条件下的颗粒8放大后的吸附力大小，将此值按颗粒支撑杆9上下端尺寸比例将经计算后所得颗粒8的吸附力值缩小，关闭负压风机。
重启负压风机调至与第一次数据采集是相同的负压，待到压力传感器11采集数据平稳时，记录数据并用同样的数据处理方法得出颗粒8受到的吸附力大小，如此重复三次取平均值，所得平均值记录为颗粒8受到的实际吸附力大小。
关闭负压风机，更换实验所需可换吸管体1或调整可动测量台12与可换吸管体1之间的距离，取下颗粒8重复实验前的标定过程。
标定完成后，重复上述实验步骤进行实验，并进行数据记录。
全部实验结束后，关闭负压风机，取下密封条等密封材料，将滑开透明亚克力罩4取出颗粒8，取下与可换吸管体1相连的负压风机管道或取下调速风机7，将装置至于合适位置保存。
本发明的工作原理：
吸附力的直接测量值可按公式(1)进行求解得到：
其中F1为试验前的标定值，N；F2为试验中的实测值，N；i为杠杆结构对吸附力的放大比例系数；L1为颗粒8中心支短轴10中心的长度，mm；L2为颗粒支撑杆9下端压在压力传感器11部分的作用点至短轴10中心的长度，mm；M0为杠杆合扭矩，N·m。
本发明通过杠杆原理将颗粒受到本身较小的力进行放大，让颗粒受到吸附力变化随其他因素变化更加明显，方便研究气吸式播种机的学者对种子处于静态时所受的吸附力及吸附力随因素变化进行探索或测定。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的颗粒在吸孔处所受吸附力测定装置包括可换吸管体（1）、基座（3）、透明亚克力罩（4）、风机座（6）、风机（7）、颗粒（8）、颗粒支撑杆（9）、短轴（10）、压力传感器（11）、测量台（12），所述的基座（3）呈L形结构，L形结构基座（3）的横板顶部前后两侧分别设置有一个轨道，L形结构的基座（3）的竖板上设置有与两个滑轨连通的倒U形轨道凹槽，L形结构基座（3）的竖板中部开设有一个通孔，可换吸管体（1）通过螺栓可拆卸安装在基座（3）竖板的中部通孔中，L形结构基座（3）的横板顶部中部设置有与两个轨道平行的滑道，测量台（12）的下端安装在滑道内，测量台（12）上设置有能够将其固定在滑道内某一位置的测量台固定螺栓（13），测量台（12）的顶部侧壁上设置有作为颗粒支撑杆（9）扭矩平衡点位置的凸起（12-2），凸起（12-2）上开设有便于颗粒支撑杆（9）穿过的通孔，颗粒支撑杆（9）的顶端固接有用于测量吸附力的颗粒（8），测量台（12）的中部安装有压力传感器（11），颗粒支撑杆（9）固定在压力传感器（11）上形成杠杆力学放大机构，测量台（12）中部的通孔内固定安装有测量颗粒支撑杆（9）受力大小的压力传感器（11）；L形结构基座（3）的竖板相对一侧设置有风机座（6），风机座（6）上通过螺栓可拆卸安装有风机（7）。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的风机座（6）上安装有整流网（14）。
3.根据权利要求1所述的一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的可换吸管体（1）与基座（3）的连接处设置有密封圈，基座（3）与透明亚克力罩（4）用密封条或密封油实现扣接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的基座（3）内设置有方便对测量台（12）上的水平卡标（12-1）进行定位的刻度尺，水平卡标（12-1）的边线与颗粒支撑杆（9）上的颗粒中心在同一平面内。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的颗粒支撑杆（9）与压力传感器（11）相接部分呈杠杆，上下两段长度比为10：1。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，其特征在于：所述的基座（3）高度、宽度与可换吸管体（1）上的喷管直径比为50：50：1。
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Cited By (1)
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| CN115493963A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-20 | 昆明理工大学 | 一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置及方法 |
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Cited By (2)
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| CN115493963B (zh) * | 2022-09-22 | 2024-06-18 | 昆明理工大学 | 一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置 |
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