CN210775669U - 多分散性粉体荷质比的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多分散性粉体荷质比的测量装置，所述多分散性粉体荷质比的测量装置包括一取样器、一流体化床及一垂直串联排列的法拉第筒组，所述取样器与所述法拉第筒组连通，所述取样器从所述流体化床中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组的最末位置。通过测量垂直串联排列的法拉第筒组中每个法拉第筒的内筒上的粉体的质量和电荷，从而获得粉体平均荷质比作为测量得到的多分散性粉体荷质比。基于本实用新型设计的测量装置可以有效地分离并测量双极性带电粉体的电荷分布，从而获得多分散性粉体的荷质比。

Description

多分散性粉体荷质比的测量装置

技术领域

本实用新型涉及静电测量技术领域，特别涉及一种多分散性粉体荷质比的测量装置。

背景技术

粉体物料在生产、输送过程中，会带上可观的静电荷。若静电荷及其相关的静电放电，会引起燃烧、爆炸等灾害事故。为了防治这种静电灾害，测量带电粉体的带电极性及带电量(粉体荷质比)成为静电安全技术领域最基本的技术要求。

经确认，多分散性粉体混合物展现出带有双极性电荷的性质。随着多分散性粉体混合物的种类与产品越来越多，使得多分散性粉体的静电荷测量已成为国内外的研究热点。多分散性粉体的静电荷测量不仅涉及静电安全技术，也涉及静电应用技术。这些粒子的电荷分布以及荷质比，对粒子的工业应用特性，扮演了重要的角色；此外，对于静电应用领域，例如，静电喷漆，静电涂覆，电摄影，电子成像，静电除尘技术，都有重要意义。以静电涂覆为例，由于双极性粉体粒子的存在，会降低涂覆淀积效率。另如电摄影领域，错误的调色剂的带电极性，会使复印件、打印件出现背景污染。再如粉体加工领域，带电粉体的双极性，会使粉体生产过程、应用过程中出现粉体阻塞、熔融、静电放电、甚至引起火灾爆炸。因此，精确测量多分散性粉体的带电极性及带电多寡，无疑意义巨大。

目前，应用最广泛的测量粉体带电极性的方法是采用法拉第筒(又称法拉第室)测量。具体的，把少量的粉体粒子送进法拉第筒，测试内筒上的电压即可获得粉体粒子的电荷量。但是，法拉第筒只适用于带有单极性电荷的粉体粒子，却不能测试带双极性电荷的粉体粒子。粉体的双极性粒子会使法拉第筒的测试误差大大增加。因此，如何检测双极性粒子的电荷及带电量级，成为技术突破的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多分散性粉体荷质比的测量装置，以解决基于现有技术无法实现对多分散性粉体的荷质比的测量的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多分散性粉体荷质比的测量装置，所述多分散性粉体荷质比的测量装置包括：一取样器、一流体化床及一垂直串联排列的法拉第筒组，所述取样器与所述法拉第筒组连通，所述取样器从所述流体化床中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组的最末位置。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，每个第一法拉第筒和所述第二法拉第筒均包括内筒和外筒；其中，所述第一法拉第筒的内筒和外筒的顶部和底盖均开设有孔；所述第二法拉第筒的内筒和外筒的顶部均开设有孔；所有第一法拉第筒的内筒和外筒的顶部和底盖开设的孔与所述第二法拉第筒的内筒和外筒的顶部都开设的孔共同构成所述法拉第筒组的沿垂直方向串联的通路。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述第一法拉第筒的内筒的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第一法拉第筒的内筒的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第一法拉第筒的外筒的顶部开设的孔的孔径为142cm，所述第一法拉第筒的外筒的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第二法拉第筒的内筒的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第二法拉第筒的外筒的顶部开设的孔的孔径为142cm。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述取样器为一接地的取样管，在所述取样管的各个高度的管壁上开设有孔洞，所述取样管以垂直插入方式安装于所述流体化床的中心，并通过控制孔洞的开闭，将经由打开的孔洞进入所述取样管内的粉体作为采集到的样品。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述取样管包括管体和涂覆所述管体表面的涂覆层，所述涂覆层由与所述流体化床中粉体一样的粉体粒子构成；所述取样管的内径为21.0cm，外径为27.5cm，所述孔洞的孔径为5.0cm。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述第一法拉第筒和所述第二法拉第筒的筒长均为186cm。

可选的，在所述的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述法拉第筒组包括六个第一法拉第筒和一第二法拉第筒，所述第二法拉第筒接地。

在本实用新型所提供的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述多分散性粉体荷质比的测量装置包括一取样器、一流体化床及一垂直串联排列的法拉第筒组，所述取样器与所述法拉第筒组连通，所述取样器从所述流体化床中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组的最末位置。通过测量垂直串联排列的法拉第筒组中每个法拉第筒的内筒上的粉体的质量和电荷，从而获得粉体平均荷质比作为测量得到的多分散性粉体荷质比。基于本实用新型设计的测量装置可以有效地分离并测量双极性带电粉体的电荷分布，从而获得多分散性粉体的荷质比。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中多分散性粉体荷质比的测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中多分散性粉体荷质比的测量装置中任一第一法拉第筒的结构示意图；

图3是本实用新型一试验中单个法拉第筒的测量试验示意图；

图4是图3中单个法拉第筒内沿轴向不同高度粉体样品的荷质比变化示意图；

图5是多分散性粉体荷质比的测量装置存在7个法拉第筒时，7个法拉第筒内粉体A粒子的荷质比分布示意图；

图6是多分散性粉体荷质比的测量装置存在7个法拉第筒时，7个法拉第筒内粉体B粒子的荷质比分布示意图；

图7是多分散性粉体荷质比的测量装置存在7个法拉第筒时，7个法拉第筒内粉体C粒子的荷质比分布示意图；

图8是多分散性粉体荷质比的测量装置存在7个法拉第筒时，7个法拉第筒内粉体A、B、C粒子的平均体积直径分布示意图；

图9是多分散性粉体荷质比的测量装置存在7个法拉第筒时，7个法拉第筒内粉体A、B、C粒子的质量分布示意图；

图10是法拉第筒长度对粉体C粒子的荷质比分布的影响示意图；

图11是校验法拉第筒开口因电通量泄露造成的误差设备示意图。

图中：

10-取样器；

11-流体化床；

12-垂直串联排列的法拉第筒组；

120-内筒；

121-外筒。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的多分散性粉体荷质比的测量装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

<实施例一>

请参考图1，其为本实用新型的多分散性粉体荷质比的测量装置的结构示意图。如图1所示，所述多分散性粉体荷质比的测量装置包括：一取样器10、一流体化床11及一垂直串联排列的法拉第筒组12，所述取样器10与所述法拉第筒组连通12，所述取样器10从所述流体化床11中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组12包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组12的最末位置。

为了更好的理解本实用新型的测量装置，下面结合图1分别就取样器、流体化床、垂直串联排列的法拉第筒组为主体结构设计逐一展开说明。

1)取样器

由于聚合物粉体粒子的电荷在处理过程中是变化的，很重要的一点是选取适当的取样方式，以便把不想要的接触起电降至最小。本测量装置把一个垂直接地的取样管(可选为金属管)作为取样器，在所述取样管的各个高度的管壁上开设有孔洞，所述取样管以垂直插入方式安装于所述流体化床的中心，并通过控制孔洞开关进行孔洞的开闭控制，将经由打开的孔洞进入所述取样管内的粉体作为采集到的样品，采集到的粉体样品下落仅需下方的垂直串联排列的法拉第筒组。本实施例中所述取样管包括：管体和涂覆所述管体表面的涂覆层，所述涂覆层由与所述流体化床中粉体一样的粉体粒子构成，从而将附加起电减至最小；所述取样管的内径为21.0cm，外径为27.5cm，所述孔洞的孔径为5.0cm。本实施例中，所述取样管上沿其长度方向开设有9个孔洞，相邻两个孔洞间隔为50mm，第五个孔洞距离取样管底端约51cm，本试验中从第五个孔洞进行粉体样品的取样。

2)流体化床

借助从流体化床取样粉体进行测试，对垂直串联排列的法拉第筒组合开展试验。图1中所示的流体化床有一个截面积为25cm×25cm的接地钢板，距离多孔板距离为60cm。多孔板均匀地分配气流，多孔板上满布35μm微孔的金属网。流体化床中充满高度为50cm的粉体，体积流量为1.4L/s。试验是在室温下进行，流体化床内相对湿度小于10％。

3)垂直串联排列的法拉第筒组

请参考图1，本实施例中的法拉第筒组包括7个法拉第筒，图1中7个法拉第筒标号分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#，具体包括六个第一法拉第筒(对应1#、2#、3#、4#、5#、6#)和一第二法拉第筒(对应7#)，六个第一法拉第筒和一第二法拉第筒依次沿垂直方向排列，且相互串联相通，共同构成一沿垂直方向串联的通路；第二法拉第筒位于最下部且接地。如图1及图2所示，每个第一法拉第筒和所述第二法拉第筒均包括内筒120和外筒121；其中，所述第一法拉第筒的内筒120和外筒121的顶部和底盖均开设有孔；所述第二法拉第筒的内筒120和外筒121的顶部均开设有孔；所有第一法拉第筒的内筒120和外筒121的顶部和底盖开设的孔与所述第二法拉第筒的内筒120和外筒121的顶部都开设的孔共同构成所述法拉第筒组的沿垂直方向串联的通路。

具体的，所述第一法拉第筒和所述第二法拉第筒的筒长均为186cm；所述第一法拉第筒的内筒120的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第一法拉第筒的内筒120的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第一法拉第筒的外筒121的顶部开设的孔的孔径为142cm，所述第一法拉第筒的外筒121的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第二法拉第筒的内筒120的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第二法拉第筒的外筒121的顶部开设的孔的孔径为142cm；内筒120与外筒121之间的空气间隙分别是7cm、8cm(上部空气间隙为7cm，下部空气间隙为8cm)。由于7个法拉第筒是垂直、串联排列且外筒接地，因此，除最上面的法拉第筒(实际是第一法拉第筒)之外，其余法拉第筒(包括五个第一法拉第筒和一个第二法拉第筒)的外筒121上部的底盖将屏蔽下面一个法拉第筒的内筒120，由此外筒121顶部开设孔的有效直径是70cm。此外，为了减少测量误差，每一个法拉第筒通过一根屏蔽电缆连到一个开关箱。开关箱连接到一个测试电表，在整个测试过程中，这些电缆保持稳定。

<实施例二>

为了说明验证本实用新型的多分散性粉体荷质比的测量装置的可靠性和有效性，下面就测量方法、试验程序进行说明。

本实施例提供一种多分散性粉体荷质比的测量方法，请参考图1，具体主要包括如下步骤：

首先，执行步骤S1，提供一如实施例一所述的多分散性粉体荷质比的测量装置；

接着，执行步骤S2，向所述测量装置的流体化床中填充适量多分散性粉体，且进行流体化预定时间后进行多分散性粉体的采样；

接着，执行步骤S3，使用电表测量采样前后淀积在所述法拉第筒组中每个法拉第筒的内筒上的粉体的质量和电荷；

接着，执行步骤S4，计算所有法拉第筒的粉体平均荷质比，并将所述粉体平均荷质比作为测量得到的多分散性粉体荷质比。

在本试验中，流体化床中大约充有25kg多分散性粉体，流体化时间至少24h，然后取样。用电表测量淀积在每一法拉第筒上的粉体粒子电荷，分别测出粉体取样前、后内筒上的粉体质量(重量)。从7个法拉第筒测量出粉体粒子的电荷与质量，即可计算出粉体的平均荷质比。使用Brinkmann2010粒子尺寸分析仪，即可完成每一个法拉第筒上的粒子尺寸分布，进而获得粉体样品的荷质比和粒子尺寸分布以及相互之间的相关联系。

1.1多分散性粉体荷质比的测量装置中垂直串联排列的法拉第筒组测量多分散性粉体荷质比的基本原理：

众所周知，当带电粒子自由下落向地面或容器底部时，有四种力作用于带电粒子：重力、空气粘滞阻力、带电粒子之间的静电力及粒子之间的碰撞力。第四种力相较于前三种力较小，可以忽略。由于7个法拉第筒均为圆柱形，采用柱坐标系进行轴向力分析和径向力分析。

在径向，带电粒子之间的静电力与空气阻力均影响带电粒子的运动。在一定条件下，静电力占优势，能把双极性带电粉体粒子从径向分离出来。

一种最简单的分析计算模型为：均等分散性粉体粒子都带正电荷，电荷量为q，半径为r，单位体积粉体粒子数为n，则单位体积内总电荷为nq，那么，由电荷守恒定律给出：

式中

为电流密度。

由高斯定理给出：

式中

为电位移矢量。

一种介质中电流的定义：

式中

为单极性电荷移动速度。

将电流定义(3)带入电荷守恒定律(1)，得：

在这里已经假定在整个粉体粒子中电荷是均匀分布。因此

因此粉体粒子移动时的极限速率为

式中μ为周围流体的粘滞系数：

电场是恒定时移动极限速率也是常数。

根据这些假设，公式(4)左边的2项可分别写为：

将这些带入公式(4)，可得：

公式(9)中，dn/dt表示粉体粒子浓度随时间的变化率。前面的负号意味着由同一极性电荷构成的粉体粒子在自身电荷排斥作用下将是分散的，其发散率将使粒子浓度减少。且发散率在粉体所有的部分都是相同的。该发散率既不取决于粒子的尺寸，又不取决于粉体所占据的空间的形状。公式(9)左边的整个项表示粉体粒子浓度减少的相对速率。带电粒子所占据体积相对增加速率即等于公式右边的项。换言之，若粉体被限制在一定空间，外部边缘上的粉体粒子将淀积在法拉第筒外壁上。而公式(9)左边项即为给定时刻t，单位时间内淀积的粒子占整个粒子数的比率。如果在整个空间因静电带电引起的发散使粒子浓度都相同，则说明粉体介质的运动并未受这种发散的影响。

如果带电的粉体粒子带上两种相反极性的电荷，其发散状态仍能用公式(9)加以解释。只不过正负极性的带电粒子轨迹不同。假设一种极性的带电粒子均有相同的电荷q和半径r，电荷q有正有负，带正电荷的单位体积粒子数为n₊，带负电荷的单位体积粒子数为n_-，则单位体积内的总电荷为(n₊-n_-)q，那么，正电荷粒子与负电荷粒子发散可由下式表示：

从公式(10)(11)可以看出，具有较低值的电荷量n_iq_i的少数粒子浓度增加，这些少数粒子会向中心迁移；而具有较高电荷的电荷量n_iq_i的多数粒子浓度减少(由于同种电荷的排斥作用)，并向中心外部区域扩散。那么中心区域多分散性粉体粒子的电荷密度将会衰减，直到中心区域变成事实上的电中性。但是，中心的外部区域，多分散性粉体中单极性粒子的发散仍是连续的。

对于双极性带电的多分散性粉体而言，其实际状况是，粒子的电荷并不是学者Fuchs所说的那样——随粒子尺寸是恒定值，而是变化的。简单分析一下垂直方向重力和粘滞阻力就可表明粒子的稳态下落速度是随粒子半径的平方成正比。所以，当粒子垂直下落一段距离，由于多数粒子与少数粒子分离效应、重力与静电排斥力的叠加效应，粒子群会因尺寸差别而出现分离现象。

据上述内容可知，当多分散性粉体穿过垂直串联排列的法拉第筒组过程中，粉体粒子会在垂直方向与半径方向共受3种力(重力，静电引力及排斥力)的综合作用而发生分离。分离程度，会取决于粒子的尺寸与电荷量。在下落过程中，大粒子在垂直方向下落快，高带电的多数粒子在半径方向运动快。沿垂直方向的不同位置点上，多数粒子与少数粒子淀积的数量会出现变化，甚至发生逆转。在不同高度，因其他淀积在法拉第筒上的粒子电荷所产生的静电力影响，会出现差别化的径向散射。在我们的试验中，已发现大粒子与小粒子会带上反极性的电荷。因此，在垂直串联排列的法拉第筒组试验中，取样粉体随粒子尺寸分布和荷质比分布。

1.2试验程序

1.2.1试验粉体准备

本实用新型的多分散性粉体荷质比的测量装置所适用的粉体是工业上广泛应用的机械流体化床涂覆用的粉体。相对于静电涂覆喷枪所使用的典型涂料粉体，这种工业用粉体平均粒径较大，且呈现出多分散性，或者添加了一种化合物，或者就是混合物。其平均粒径小于100μm。具体的，本试验中使用了3种聚酰胺粉体，分别代称之为粉体A、B、C粉体。A、B粉体添加了3％的TiO₂作为特种添加剂，还添加了0.48ppm化合物作为着色剂。A粉体直接源自散装包装袋(静置时间为830h以上)，B粉体源自工业流体化床，静置时间略短于A粉体。C粉体含有8％的TiO₂。C粉体从流体化床出来后静置时间小于3h。

1.2.2初始试验

请参考图3，其为单个法拉第筒的测量试验示意图。图3所示的试验结构即为研发具有垂直串联排列法拉第筒组的多分散性粉体荷质比的测量装置的初始试验装置，为研发本实用新型的测量装置鉴定了基础。如图3所示，此时，流体化床中充满高度为50cm的A粉体，体积流量为1.4L/s，试验是在室温下进行，流体化床内相对湿度小于10％。图3所示的试验装置与图1所示的装置工作条件一样，区别在于法拉第筒的数量，图3的试验装置仅存在一个法拉第筒。试验过程中发现，当取样管低端与法拉第筒之间的距离变化时，淀积在法拉第筒上的样品荷质比会发生改变，该点可依据图4所示的示意图得以验证。如图4所示，对应于取样管低端与法拉第筒之间距离不断增加时，A粉体的荷质比Q/M竟然随之增加，且电荷极性由负变正。当该距离由0到17cm(近似值)增加时，法拉第筒内的电荷为负；当距离超过17cm时，电荷极性变正。综上，基于荷质比Q/M的变化趋势表明，就分散性粉体的发散性而言，带负电粒子的发散性快于带正电粒子，而且这种散逸性随着轴心高度的增加而增加。由此说明，在中心区域，带负电粒子的负电荷净值会随着粒子的进一步下落而变小，带负电与带正电的粒子在双极性分散性粉体下落过程中会沿径向进行分离。在不同高度，外部边缘粒子的荷质比能够加以测量，进而即可获得更多这类粉体粒子电荷特性信息。基于图3的试验装置测试结果，有效促进垂直排列法拉第筒组的研发与改进。

1.2.3垂直排列法拉第筒组测试粉体荷质比(Q/M)数据及分析

表1、表2及表3分别给出了A、B、C这三类粉体淀积在每一个法拉第筒上的粒子的荷质比，表1、表2及表3中1#筒、2#筒、3#筒、4#筒、5#筒、6#筒、7#筒分别对应图1中由上至下的七个法拉第筒的标号。基于这些数据，绘制获得各类粉体的荷质比分布图，即图5、图6及图7。图8和图9分别给出了7个法拉第筒内三类粉体的平均体积直径(mean volume diameter，MVD)分布示意图和质量分布(mass distribution)示意图。

表1每个法拉第筒内粉体A的平均荷质比(Q/M)

表2每个法拉第筒内粉体B的平均荷质比(Q/M)

表3每个法拉第筒内粉体C的平均荷质比(Q/M)

1.2.4试验结果说明及分析

请参考图8，来自流体化床的A、B、C三种粉体的平均体积直径(MVD)测试结果分别为97.5，93.8，94.6。结果表明，上部的法拉第筒内的MVD较下部法拉第筒内的MVD较小，这表明落进下部的法拉第筒内的较大粒子占比较高，而较小粒子趋于收进上部的法拉第筒。这与前述大粒子在下落过程中较小粒子下落快相一致。大粒子进入下部的法拉第筒，而小粒子留在上部的法拉第筒。大粒子在上部法拉第筒内的发散的主要原因在于：其他较大粒子的静电斥力。小粒子在下部法拉第筒内的发散的主要原因在于：其他小粒子的静电斥力。粒子沿垂直方向的分离原因：由粒子重力所致。从粉体A、B、C粒子尺寸分布的分析可以看出，顶部与底部的法拉第筒内的三种粒子(A粉随机号3，B粉随机号2，C粉随机号1)其MVD分别相差约为9.4μm、13.9μm、12.5μm。

请参考图9，其为7个法拉第筒内粉体A、B、C粒子的质量分布示意图。如图5至图9所示内容以及表1至表3的结果可知，两组粉体的差异：第一组，大部分是小粒子并带负电；第二组，大部分是大粒子并带正电。

图5至图8所示内容还表明了对应于荷质比Q/M的粒子尺寸分布，由于每一个法拉第筒内的粒子的Q/M均有差异(正如图5至图7和表1至表3所表示的结果，上部的三个法拉第筒中粒子带负电，底部的三个法拉第筒中粒子带正电)，显示出粒子尺寸分布的不同。在粉体粒子的平均直径从顶部到底部增加过程中，Q/M值也从负到正增加。特别要注意的是：粉体A、B的净电荷是负的，而C粉体的净电荷确为正。

依上所述可知，来自流体化床的这些粉体，粒子电荷可以带正电或者带负电，较小粒子带负电且具有较高的Q/M值，而较大粒子带正电且具有较低的Q/M值。

1.2.5关于垂直排列法拉第筒组的测试灵敏度与精度

就垂直排列的7个法拉第筒而言，由于上部6个特殊法拉第筒在顶部与底盖均为开口(如图2所示)，外部电场和/或淀积在内筒上的粉体所产生的电通量直接穿透到邻近法拉第筒外筒，从而引起测量误差。这种电通量泄露可通过适当选取法拉第筒参数(例如法拉第筒长度，孔洞直径等等)加以减少。但是，必须同时考虑垂直排列法拉第筒组的测试灵敏度，以便获得更理性的粉体荷质比分布，具体请参见图10，其为法拉第筒长度对粉体C离子的荷质比分布的影响示意图。

1.2.5.1法拉第筒长度对测量精度及灵敏度的影响

为了辨别垂直方向(轴向)法拉第筒长度对测量精度及灵敏度的影响，法拉第筒本身应尽可能的短些，但是如果太短，桶内收集的粉体(特别是上部的法拉第筒)会非常少。试验证明，法拉第筒长度选为186cm，是统筹考虑测量敏感度与测量精度的折中方案。

1.2.5.2法拉第筒开口孔洞直径对测量精度及灵敏度的影响

法拉第筒出入口直径应尽可能的小，以减少泄露电通量对测量的影响。另一方面，如果开口太小，高度带电的粉体会因空间电荷排斥作用引起电极粉体的损耗。已完成的试验证明，选用较小的开口直径会使上部两个法拉第筒的测试灵敏度显著降低。法拉第筒的上部开口直径选为32mm、下部的选为70mm，较为合理。

1.2.5.3由于法拉第筒开口孔洞引起的电通量泄露造成的测量误差

为了校验法拉第筒开口引起的电通量泄露造成的误差，图11给出校验法拉第筒开口因电通量泄露造成的误差设备示意图。如图11所示，一个表面荷电的塑料圆筒(耐热有机玻璃)用来模拟淀积在法拉第筒内筒上带电粉体，该塑料圆筒悬挂在法拉第筒的内壁，该圆筒与法拉第筒内筒保持接触。通过沿垂直方向移动该圆筒，用电表可测得粉体电荷值的变化情况。假定该圆筒在内筒中间位置时测量值是精确的，则该圆筒高度选为50mm，外径选为95mm。该圆筒像法拉第筒内筒一样，具有一个环形底盖。

试验结果表明，法拉第筒开口引起的电通量泄露造成的相对误差小于7％。相邻法拉第筒内筒引起的误差可以忽略。根据试验结果，可以得出：使用垂直排列法拉第筒组合测量出的数据是可靠的，由电通量泄露引起的误差可以忽略不计。

总结前述所有内容可知本实用新型的测量装置具有如下创新点：

创新点1：

基于研发的垂直排列的法拉第筒组来实现分离双极性带电的分散性粉体。

创新点2：

垂直排列的法拉第筒组不仅能将双极性带电粉体按正负极性加以分离，而且能够测量淀积在每一个法拉第筒上的粉体的荷质比，实现电荷分离与电量测量同时完成。

创新点3：

基于研发的流体化床与取样器实施取样与测量。带有双极性电荷的分散性粉体，从一个接地的的流体化床上面被取样，取样器是一个安装于流体化床轴心位置的垂直金属管并接地。当粉体粒子下落时，由于粒子本身的重力作用和空间电荷的排斥力，粉体粒子会发生分离。这种分离会使粒子因本身的电荷量不同、尺寸大小不同、质量不同而淀积在不同的法拉第筒内筒上。淀积的粒子样品会被收集并测量其荷质比。

创新点4：

提出了判断、分析粒子带电的影响因子的概念与应用方法。分析每一个法拉第筒内筒上淀积的粒子分布，就能够清晰地证明粒子之间因接触分离而带电的影响因子的影响程度。

对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。

综上，在本实用新型所提供的多分散性粉体荷质比的测量装置中，所述多分散性粉体荷质比的测量装置包括一取样器、一流体化床及一垂直串联排列的法拉第筒组，所述取样器与所述法拉第筒组连通，所述取样器从所述流体化床中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组的最末位置。通过测量垂直串联排列的法拉第筒组中每个法拉第筒的内筒上的粉体的质量和电荷，从而获得粉体平均荷质比作为测量得到的多分散性粉体荷质比。基于本实用新型设计的测量装置可以有效地分离并测量双极性带电粉体的电荷分布，从而获得多分散性粉体的荷质比。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (7)

1.一种多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，包括：一取样器、一流体化床及一垂直串联排列的法拉第筒组，所述取样器与所述法拉第筒组连通，所述取样器从所述流体化床中采集带电粉体样品后送入所述法拉第筒组中；其中，所述法拉第筒组包括：至少一第一法拉第筒和一接地的第二法拉第筒，所述第二法拉第筒位于所述法拉第筒组的最末位置。

2.如权利要求1所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，每个第一法拉第筒和所述第二法拉第筒均包括内筒和外筒；其中，所述第一法拉第筒的内筒和外筒的顶部和底盖均开设有孔；所述第二法拉第筒的内筒和外筒的顶部均开设有孔；所有第一法拉第筒的内筒和外筒的顶部和底盖开设的孔与所述第二法拉第筒的内筒和外筒的顶部都开设的孔共同构成所述法拉第筒组的沿垂直方向串联的通路。

3.如权利要求2所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，所述第一法拉第筒的内筒的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第一法拉第筒的内筒的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第一法拉第筒的外筒的顶部开设的孔的孔径为142cm，所述第一法拉第筒的外筒的底盖开设的孔的孔径为70cm；所述第二法拉第筒的内筒的顶部开设的孔的孔径为105cm，所述第二法拉第筒的外筒的顶部开设的孔的孔径为142cm。

4.如权利要求1所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，所述取样器为一接地的取样管，在所述取样管的各个高度的管壁上开设有孔洞，所述取样管以垂直插入方式安装于所述流体化床的中心，并通过控制孔洞的开闭，将经由打开的孔洞进入所述取样管内的粉体作为采集到的样品。

5.如权利要求4所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，所述取样管包括管体和涂覆所述管体表面的涂覆层，所述涂覆层由与所述流体化床中粉体一样的粉体粒子构成；所述取样管的内径为21.0cm，外径为27.5cm，所述孔洞的孔径为5.0cm。

6.如权利要求5所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，所述第一法拉第筒和所述第二法拉第筒的筒长均为186cm。

7.如权利要求1～6中任一项所述的多分散性粉体荷质比的测量装置，其特征在于，所述法拉第筒组包括六个第一法拉第筒和一第二法拉第筒，所述第二法拉第筒接地。

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