CN1330960C - 干燥颗粒粒度分布测试设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于粉末和颗粒试样的干燥颗粒粒度分布测试设备和方法，其中粉末和颗粒试样通常具有1μm的分散极限，并且该试样被分散成精细颗粒状态或亚微米颗粒尺寸，然后其可被精确测试。该试样受到达到临界压力和亚音速的初次分散流的初次分散，然后试样接受与初次分散流方向不同且达到临界压力和亚音速的二次分散流的二次分散。分散的初级尺寸粉末和颗粒试样供给到其中有气体流过的流槽中，流槽(2)用激光束(6)照射，试样的颗粒粒度分布在探测由试样引起的散射光和/或衍射光的基础上测定。

Description

干燥颗粒粒度分布测试设备和方法

技术领域

本发明涉及干燥颗粒粒度(particle-size)分布测试设备，其中如粉末成分、颗粒成分，或这些成分的混合物的所谓粉末和颗粒成分被用作试样，并且其在用承载气体如空气使试样流动时测试试样的粒度分布，更具体的是，涉及一种在进入流槽(flow cell)前把颗粒成分分散成为初级颗粒状态的设备和方法。

背景技术

干燥颗粒粒度分布测试设备广泛应用于测试粉末和颗粒成分的粒度分布，其中粉末和颗粒成分易溶于液体，如药粒、脱水食品如用于预煮面条(precooked noodle)调味包，干燥涂料成分，或涂料颗粒。

这种干燥粉末和颗粒成分有时会被即使在干燥状态也作用在粉末和颗粒成分中的静电力、范德瓦尔斯力(Van der Waals force)、磁力，或类似的力所聚集，因此粉末和颗粒成分不是形成为其中粉末和颗粒成分相互完全分开的所谓的初级颗粒，而是由所谓的二级颗粒(几个初级颗粒聚集于其中)或三级颗粒(几个二级颗粒聚集于其中)形成。当这种不仅包括初级颗粒而且包括二级和三级颗粒的粉末和颗粒成分作为试样供给到流槽中，然后在用光照射试样同时进行测试时，这就不可能获得粉末和颗粒成分的真正粒度分布。

因此，传统干燥颗粒粒度分布测试设备为解决上述问题而采取以下的结构。当被用作试样的粉末和颗粒成分从装料口向下供给到流槽中时，可将压缩空气喷射到试样装料口的外周边中，在那里试样被分散，因此试样中的二级和三级颗粒被分散从而尽可能把它们变成初级颗粒。

但是，在传统干燥颗粒粒度分布测试设备的试样分散方法中，很难把聚集的或粘结的粉末和颗粒成分完全分散成为初级颗粒，因为分散只进行一次。特别的，当高密度的试样被装料或当颗粒尺寸小于1μm的所谓亚微米粉末和颗粒成分被作为试样装料时，就会出现以下缺点，即只有达到对应于二级颗粒状态的1μm的颗粒尺寸的颗粒能够被分散。

因此，现有技术需要提供有效和经济的流体分散装置，来把颗粒基本上分散成为其初级颗粒状态。

发明内容

本发明的目的在于解决以上问题。

本发明的目的在于提供一种干燥颗粒粒度分布测试设备，其中在空气分散领域内通常被认为具有1μm的分散极限的粉末和颗粒试样能够被分散成亚微米颗粒尺寸的精细初级颗粒状态，然后其可精确地进行所需的颗粒粒度分散测试。

为实现以上目的，提供一种干燥颗粒粒度分布测试设备，其中粉末和颗粒试样被供给到其中有气体流动的流槽中，流槽被激光束照射，颗粒粒度分布在探测由试样产生的散射光和/或衍射光输出的基础上测定，尚未供给到流槽中的试样接受达到临界压力和亚音速的初次分散流的初次分散，然后试样接受方向不同于初次分散流，且同样达到临界压力和亚音速的二次分散流的二次分散。

本发明可采用如下技术方案：

一种干燥颗粒粒度分布测试设备，用于测定颗粒试样，该设备包括：

流槽，空气在该流槽中流动，且颗粒试样被供给到该流槽中，所述流槽用激光束照射，试样的颗粒粒度分布是在探测由试样引起的散射光和/或衍射光输出的基础上进行测定的；

试样引入部分，其设置在该流槽的上面，其包括漏斗形部分，在漏斗形部分的下表面侧形成气体流动路径；

试样引导部分，其与流槽和气体流动路径连通；

压缩空气供给路径，用于将压缩空气提供到气体流动路径，以引起初次分散流，该初次分散流被喷射到试样引导部分中，从而，通过达到临界压力和亚音速的初次分散流使尚未被提供到所述流槽的试样被初次分散；

压缩空气供给路径，用于将压缩空气供给到该试样引导部分，以引起二次分散流，从而，该试样通过达到临界压力和亚音速且其方向不同于初次分散流的二次分散流被二次分散。

在干燥颗粒粒度分布测试装置中，即使由初次分散流进行的初次分散没有使粉末和颗粒成分完全变成作为分散目的的初级颗粒状态，所述成分还要接受与初次分散流方向不同的二次分散流的二次分散，因此所有粉末和颗粒成分变成初级颗粒状态。

二次分散流可沿试样的下落方向相对于流动轴线形成向前夹角，或垂直于试样下落方向轴线。而且，在试样接受二次分散后进入测试试样槽中时，可相对于试样流形成鞘流。

本发明提供一种流体分散装置，其具有用于沿流动轴线朝向试样槽中引入颗粒或粉末试样的第一导管或流动路径。第二导管或流动路径引入第一周边流动气体，以与试样流轴线成一定角度形成第一收敛力矢量，其中第一周边流动气体与颗粒或粉末试样的接触产生用于把颗粒试样分散成为初级颗粒状态的第一紊流区域。第三导管或流动路径，位于第二导管或流动路径下游，引入第二流动气体以与试样流轴线成一定角度形成第二力矢量，其中第二流气体与颗粒或粉末试样的接触产生用于进一步分散颗粒或粉末试样来增强形成初级颗粒状态的能力的第二紊流区域。

最后，第四导管可吸入空气作为当试样进入试样测试槽中时围绕试样的鞘流，以确保一种可重复和可循环的流动状态。

本发明提供的方法包括沿流动轴线朝向试样槽引入颗粒和粉末试样的步骤。第一周边流动气体沿与流动轴线成第一收敛角的角度被导向，以便与试样接触并产生第一紊流区域以分散试样。第二流动气体被引导到第一流动气体的下游，以便与试样接触并产生第二紊流区域以进一步分散试样，从而确保在进入试样流槽之前产生初级颗粒状态。鞘流可形成于试样的周围以稳定试样流槽中试样的测试状态。

附图说明

本发明的特性，及其目的和优点，在参考以下的说明和附图的描述后就会变得非常明显，其中在所有附图中，相同的标号表示相同的部分，其中：

图1是示出了本发明干燥颗粒粒度分布测试设备的结构的简图；

图2是图1中干燥颗粒粒度分布测试设备主要部分结构的放大视图；

图3是干燥颗粒粒度分布测试设备的主要部分的结构的另一实施例的放大视图。

具体实施方式

以下的描述用来使本领域普通技术人员能够制造和应用本发明，并且说明发明者认为能够最好地实施本发明的实施例。但是，对于本领域普通技术人员来说各种改变仍然是显而易见的，因为本发明的基本原理在此已详细说明，尤其是用来提供一种改进的用于粉末和颗粒成分(以下统称为“颗粒试样”)的分散装置和方法。

以下将参照附图详细描述本发明。图1和2展示了本发明的一个实施例。图1示意地展示了本发明干燥颗粒粒度分布测试设备的示意结构，图2以放大的方式示出了主要部分的结构。

图1中，测试部分1按照以下方式构成。管状槽或测试试样槽2竖直设置。光学窗口3和4分别形成于流槽的相对侧面上。激光源7照射流入到流槽2中的粉末和/或颗粒成分5。激光束6产生于光学窗口中的一个的外部，例如光学窗口3，从而与另一光学窗口4相对。光辐射探测部分8接收用穿过另一光学窗口4的激光束6照射试样5而产生的任何散射和/或衍射光。

标号9表示试样喷射器或流体分散装置，其被用作设置在试样流槽2上面的试样引入部分，且其包括用来为试样供给流动路径的漏斗形部分10或第一导管。与流槽2相通的试样引导部分11连续地设置在漏斗形部分10的下面。引导压缩气体如空气(将在下面描述)进入试样引导部分11的气体流动路径12形成于漏斗形部分10下表面侧。试样引导部分11插入地连接到流槽2上部。

在引导部分的下端部，设置有分隔部分13，其延伸到光学窗口3和4上端的附近。标号14表示矫直导流叶片(straightening guide vanes)，其围绕插入地连接到流槽2上的试样引导部分11设置，从而平行于分隔部分13，并且外部空气15通过其吸入，因此由吸入的外部空气15在流槽2内形成鞘流(sleath flow)16，以提供经过试样槽2的可循环流环境。

标号17表示压缩空气供给路径，其中通过该压缩空气供给路径，具有例如1到3个大气压的压缩空气18供给到喷射器9和试样引导部分11中。该流动路径的上游侧连接到压缩空气源(未示出)上，并包括压力调节阀19，如数字阀调节器。该空气路径在压力调节阀19的下游位置分叉成两个独立的气流路径17a和17b。压缩空气供给路径中的一条或路径17a的下游端连通地连接到喷射器9的侧部，另一压缩空气供给路径17b的下游端连通地连接到试样引导部分11的侧部。两条路径都被构造成分别向喷射器9和试样引导部分11中提供压缩空气18a和18b。

在本实施例中，如图2所示，供给到喷射器9中的压缩空气18a从位于压缩空气供给路径17a的最下游端的气孔或喷嘴17a’水平地吹入到喷射器9中，从而垂直于落入到喷射器9中试样5的流动轴线或下落方向。通过对照，供给到试样引导部分11中的压缩空气18b从位于压缩空气供给路径17b的最下游端的气孔或喷嘴17b’向下倾斜地吹入到试样引导部分11中，从而相对于试样5的下落方向或轴线形成向前夹角(forward angle)。特别的，气孔17b’位置设置成应当能够使压缩空气18b在如下位置吹到试样5上，在该位置上压缩空气18a施加到试样5上的分散力矢量最大，即压缩空气18a产生的外周边流也在该点上收敛(converge)。

标号20表示试样回收流动路径，其形成于流槽2的下端侧，并包括吸入装置21。标号22表示设置在喷射器9上方的漏斗，其用于把从试样供给部分(在下文描述)下落的试样5引导到喷射器9中。

标号23表示设置在漏斗22上面的试样供给部分，其由例如槽24和线性喂料器25构成。由控制器26控制的线性喂料器25发生振动。振动被传递到槽24上从而引起位于槽上表面的试样5沿如箭头27所示的流动轴线从形成于槽24一端的试样下落孔24a下落。

标号28表示计算和控制部分，其由例如个人计算机构成，并且控制整个设备。而且，计算和控制部分能够在从测试部分1输出的输出信号的基础上，通过应用根据夫琅和费解析理论(Fraunhofer analytic theory)或Mie散射理论的算术表达式来计算试样5的粒度分布，并且能够在显示设备28a上显示计算和类似的结果，能够把计算等类似结果存储到设置在设备中的存储部分，或与设备可分离地连接的存储卡或存储盘中。

在上述的干燥颗粒粒度分布测试设备中，首先，在试样5没有供给到流槽2中的状态时，流槽2被来自激光源7的激光束6照射，所谓的空白测试用来测试此时入射到光辐射探测部分8上的光的强度，从而获得用于建立参考值的空白值。

空白测试后，开始进行试样5的粒度分布的测试。首先，操作吸入装置21，具有预定压力的压缩空气18通过压缩空气供给路径17吹入。压缩空气18的一部分作为压缩空气18a通过第一压缩空气供给路径17a吹入到流体分散装置或喷射器9中，压缩空气的另一部分作为压缩空气18b通过第二压缩空气供给路径17b吹入到试样引导部分11中。

在试样引导部分11中，产生由吸入部分21引起的空气流29，并且围绕空气流29周围并以空气流29为中心产生由压缩空气18a引起并达到临界压力和亚音速的周边流(初次分散流)30，从而在第一紊流区产生力矢量。当在这种状态下，由干燥粉末和颗粒成分构成的试样5如流动轴线箭头27所示从试样供给部分23下落时，通过在收敛初次分散流30与试样5流之间的差异沿流动轴线27产生紊流，由此试样5受到初次分散。术语“临界压力”是指需要达到331米/秒速度的压力，术语“亚音速”是指近似等于但不超过331米/秒的速度。空气中的声波速度(Cs)由公式Cs＝331+0.6t来表示，其中t是温度。

在试样5的初次分散中，含在其中尚未达到初级颗粒状态的粉末和颗粒成分保持在二次颗粒状态。然后，在点11a上，第一周边流30收敛并且分散力是最大的，因此已经受到初次分散的试样5受到由压缩空气18b引起的侧面冲击流(二次分散流)31的二次分散，其中压缩空气18b经压缩空气供给路径17b通过喷嘴以针尖方式吹进试样引导部分11。压缩空气18b也达到临界压力和亚音速，并相对于试样5的下落方向具有向前夹角。为了取样的目的，在经过开始的初次分散后仍没有变成初级颗粒状态的粉末和颗粒成分，被二次分散完全分散成为初级颗粒状态。因此，在试样5供给到流槽2之前，试样5处于初级颗粒状态。

经过两次分散处理，即初次分散和二次分散的试样5会落入设置在流体分散装置9下侧的流槽2中，同时保持初级颗粒状态。当试样进入流槽2中时，鞘气体(sheath gas)会将其围绕。下落的试样5被激光束6照射，从而产生散射光和衍射光。第二引导路径17a可包括具有多个喷嘴开口的环形压力通气口(plenum)。

散射光和衍射光通过光辐射探测部分8被探测。光辐射探测部分8输出相应于颗粒尺寸的散射/衍射光强度信号。该信号提供到作为计算和控制装置的个人计算机28上。个人计算机28通过采用根据Fraunhofer解析理论或Mie散射理论的算术表达式计算粒度分布，从而获得试样5的粒度分布。测试结果显示在个人计算机28的显示设备28a上，并且存储到例如个人计算机28的存储器中。经过测试的试样5收集在吸入装置21中。

如上所述，在本发明的干燥颗粒粒度分布测试设备中，尚未供给到流槽2中的试样5受到达到临界压力和亚音速的竖直初次分散流30的初次分散，然后，经过初次分散的试样5随后受到二次分散流31的二次分散，其中二次分散流31在方向上不同于(在本实施例中，水平方向)初次分散流30，其也达到临界压力和亚音速。即使将被测试的试样5在初始时并不完全是初级颗粒状态，该试样在通过喷射器9后可被分散流30和31分散两次，因而所有的粉末和颗粒成分变成初级颗粒状态，从而可精确地进行所需的测试。因此，通常在空气分散领域内公知的具有1μm的分散极限的粉末和颗粒试样可被分散成精细颗粒或亚微米颗粒的状态。

在上述实施例中，作用于试样5上的二次分散流31这样设置，即能够使其相对于试样5的下落方向形成向前夹角。或者，如图3所示，二次分散流可垂直于下落方向，即水平引入试样引导部分11中。在相对于受到二次分散的试样5流形成鞘流16时，大气15可象在本实施例中那样被用作鞘流源。或者，如图3所示，压缩空气14A，或另一种气体如氮气，可被用作鞘流源。

用于产生二次分散流31并且达到临界压力和亚音速的压缩空气18b的吹入口17b’，还可以形成在试样引导部分11中围绕外周边流30的收敛点11a的多个位置中的每一个位置中。

根据本发明的颗粒粒度分布测试设备和方法，在干燥颗粒粒度测试设备中，其中粉末和颗粒试样供给到气流通过其中的流槽中，流槽被激光束照射，试样颗粒粒度分布在探测由试样引起的散射光和/或衍射光输出的基础上测定。该试样在供给到流槽之前受到达到临界压力和亚音速的初次分散流的初次分散，然后该试样受到与初次分散流方向不同的二次分散流的二次分散，其中二次分散流也达到临界压力和亚音速。因此，通常在空气分散领域内熟知的具有1μm的分散极限的粉末和颗粒试样可被分散成精细颗粒或亚微米颗粒的状态，因此其可精确地进行所需的粒度分布测试。

对于本领域的普通技术人员来说，在不离开本发明范围和精神的前提下，可对前述的优选实施例进行各种改变和修改。因此，应该理解的是，在所附的权利要求的范围内，本发明都可被实施，而不限于这里的特定描述。

Claims (4)

1.一种干燥颗粒粒度分布测试设备，用于测定颗粒试样，该设备包括：

流槽(2)，空气在该流槽中流动，且颗粒试样(5)被供给到该流槽中，所述流槽(2)用激光束(6)照射，试样(5)的颗粒粒度分布是在探测由试样(5)引起的散射光和/或衍射光输出的基础上进行测定的；

试样引入部分(9)，其设置在该流槽(2)的上面，其包括漏斗形部分(10)，在漏斗形部分(10)的下表面侧形成气体流动路径(12)；

试样引导部分(11)，其与流槽(2)和气体流动路径(12)连通；

压缩空气供给路径(17a)，用于将压缩空气提供到气体流动路径(12)，以引起初次分散流(30)，该初次分散流(30)被喷射到试样引导部分(11)中，从而，通过达到临界压力和亚音速的初次分散流(30)使尚未被提供到所述流槽(2)的试样(5)被初次分散；

压缩空气供给路径(17b)，用于将压缩空气供给到该试样引导部分(11)，以引起二次分散流(31)，从而，该试样(5)通过达到临界压力和亚音速且其方向不同于初次分散流(30)的二次分散流(31)被二次分散。

2.根据权利要求1所述的干燥颗粒粒度分布测试设备，其特征在于，所述二次分散流(31)倾斜地吹入到试样引导部分(11)中，相对于试样(5)的流动轴线形成向前夹角。

3.根据权利要求1所述的干燥颗粒粒度分布测试设备，其特征在于，所述二次分散流(31)吹成垂直于所述试样(5)的流动轴线。

4.根据权利要求1所述的干燥颗粒粒度分布测试设备，其特征在于，还包括鞘流装置，用于在分散的试样进入流槽(2)时引导其进入鞘流路径(16)。

Images