一种干式颗粒粒度测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种干式颗粒粒度测量装置，该测量装置包括光源系统、悬浮系统、探测系统和计算机处理系统；所述悬浮系统包括真空室，在所述真空室内水平设置有上下两个极板，所述上极板接地，所述下极板连接直流电源的负极，所述直流电源的正极接地；在所述上极板与所述下极板之间设置有用于盛放待测颗粒的颗粒池，所述颗粒池连接穿出所述真空室的振动杆。采用本发明测量颗粒粒度时操作简单、方便，测量迅速、准确，为实验室及工业领域的快速分析检测提供了一个解决方案。
【专利说明】一种干式颗粒粒度测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粒度仪，具体地说是一种干式颗粒粒度测量装置。
【背景技术】
[0002]粒度仪是用来测试固体颗粒大小和分布的一种仪器，它已被广泛应用于生物、物理、化工、制药以及环境污染分析等领域。现有的粒度仪包括激光粒度仪和颗粒图像仪。激光粒度仪采用Mie散射原理对动态颗粒进行测试，动态颗粒可通过湿法、干法或干湿一体化方式进行分散。
[0003]现有的激光粒度仪基本由四个主要部分组成:1)光源系统；2)悬浮系统；3)探测系统；4)计算机处理系统。光源系统中的光源多数采用单色性和方向性很好的激光，也可以采用发光二极管，其主要目的是照射颗粒并发生散射。悬浮系统一般包括循环系统和样品池，其主要目的是将颗粒置于流体中进行分散并悬浮，以保证颗粒可以被光源照射到并发生散射。探测系统一般由透镜和感光器件(如CCD或光电倍增管)组成，用来记录颗粒对光源的散射光。计算机处理系统根据所采用的测量原理对探测系统得到的数据进行计算分析并给出粒度分布图。测量原理主要有两种:颗粒的布朗运动原理和颗粒对光源的Mie散射原理。
[0004]悬浮系统是激光粒度仪的一个核心部分，它在很大程度上决定了激光粒度仪的可操作性、测量精度、测量范围以及测量成本。现有的激光粒度仪普遍采用液体悬浮颗粒的方法(即湿法)来达到分散和悬浮颗粒物的目的，如:一种颗粒粒度测量仪(CN102207443B)、一种多方法融合的颗粒粒度仪(CN102095672B)、一种测量聚四氟乙烯粉体平均粒径及其粒径分布的方法(CN101769847B)以及一种运用动态光散射高灵敏检测微囊藻毒素的方法(CN101393209B)，均采用湿法分散。但是湿法工艺具有如下弊端:1)考虑到有些颗粒物可能溶解于某些液体，因此要想对这类颗粒物进行测量就必须选取合适的液体。这必然导致测量过程繁琐，检测成本高。2)由于粒度仪需要对整体颗粒样品做统计才能得到结果，因此湿法工艺需要安装液体循环系统，通过液体循环系统，颗粒随流体一起流动，这一方面可以使颗粒分散悬浮，另一方面是为了让每一个粒子在流动过程中都可以被光源照射到。但这必然导致测量时间长，可靠性降低。3)激光通过液体时会发生一定的衰减，从而致使系统的灵敏度降低，测量精度差。即使系统可以配置高灵敏度的CCD，但这必然又大大增加了系统成本。
[0005]除了湿法工艺外，现有技术也有采用气体悬浮颗粒的干式测量方法。但干法仍然需要使气体流动从而带动颗粒流动。而气体流动会引起气体密度和折射率发生变化，这在一定程度上会干扰激光光路，降低测量精度。另外，采用干法测量，颗粒会附着在循环装置表面，污染整个循环系统，导致清洗起来非常困难。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是提供一种干式颗粒粒度测量装置，以解决现有的激光粒度仪在动态测量过程中因颗粒循环运动而导致操作繁琐、测量时间长、测量精度低的问题。
[0007]本发明是这样实现的:一种干式颗粒粒度测量装置，包括光源系统、悬浮系统、探测系统和计算机处理系统；所述悬浮系统包括真空室，在所述真空室内水平设置有上下两个极板，所述上极板接地，所述下极板连接直流电源的负极，所述直流电源的正极接地；在所述上极板与所述下极板之间设置有用于盛放待测颗粒的颗粒池，所述颗粒池连接穿出所述真空室的振动杆。
[0008]本发明在真空室内水平设置有上下两个极板，上极板接地，下极板连接直流电源的负极，直流电源的正极接地，这样，直流电源功率耦合到上、下极板间，从而在上、下极板之间产生均匀的等离子体。颗粒池内的颗粒通过振动杆从颗粒池中撒出，进入等离子体中并带上负电荷，由于同种电荷相互排斥，因此，颗粒之间将彼此排斥，从而使得颗粒分散开来，形成一个稳态、分散的悬浮体系。由于真空室内的气体基本静止，因此可以克服现有干法工艺中因气体流动而对激光光路造成干扰的缺点，进而可以提高测量精度。
[0009]本发明中的悬浮系统由于采用等离子体使颗粒分散并处于稳态悬浮状态，因此测量过程属于干法工艺，这种干法工艺与现有激光粒度仪的湿法工艺相比，可避免现有湿法工艺所带来的测量过程繁琐、测量时间长等的一系列问题。
[0010]所述下极板为金属平板；在所述下极板上设置有用于防止由所述颗粒池撒出的颗粒落到所述下极板外侧的玻璃环。在下极板上置玻璃环，这一方面可将由颗粒池撒出的颗粒约束在下极板上方，以便探测系统中的照相机在一定的视野内进行观测；另一方面，当测量完毕断开电源后，颗粒将自然降落到下极板玻璃环内，后续只需将下极板取出清洗即可，而不用清洗整个真空室，克服了现有干法和湿法工艺中每次测量完毕必须清洗整个循环系统的不足，操作简单、方便。
[0011]在所述下极板的表面通过磨砂工艺形成有磨砂层，在所述磨砂层的表面通过涂黑工艺形成有涂黑层。下极板上的涂黑层可有效吸收背景光，提高照相机所拍摄的颗粒运动轨迹图像的识别率。
[0012]所述上极板由两块ITO导电玻璃组成，且两块所述ITO导电玻璃中的ITO膜层相互贴合。上极板的这种“三明治”状结构，可防止放电过程中等离子体中的高能粒子损坏ITO膜层。
[0013]所述颗粒池由不同目数的多层金属网压制而成；所述振动杆呈竖直设置，所述颗粒池通过水平设置的绝缘杆与所述振动杆相接。由于颗粒池由金属网制作而成，因此颗粒池在等离子区域将会带电，通过绝缘杆使颗粒池与振动杆相接，可以避免因颗粒池上的电荷传递给振动杆而损坏振动杆。
[0014]在所述下极板底面的中心位置处套接有绝缘套，在所述绝缘套内穿接有金属导线，所述下极板通过所述金属导线与所述直流电源的负极相接。
[0015]在所述真空室的腔体上开有进气口和出气口 ；通过所述进气口可向所述真空室内充入空气或氩气，在所述进气口处安装有流量计，通过调节所述流量计可以控制所述真空室内的气压；在所述出气口处安装有用于测量真空室内气压的真空计。
[0016]所述光源系统设置在所述真空室外与所述真空室的侧窗口相对的部位；所述光源系统包括半导体激光器，在所述半导体激光器的前方设置有平凸柱面透镜；所述半导体激光器和所述平凸柱面透镜一同设置在一升降台上。通过调节所述升降台的高度，可使所述半导体激光器逐层扫描照射待测颗粒。
[0017]所述探测系统设置在所述真空室的上窗口的上方；所述探测系统包括照相机，在所述照相机前设置有与照相机镜头后部相连的增距环；在所述照相机镜头的前方设置有带通滤光片，由所述半导体激光器所发激光的频率落入所述带通滤光片的频率通带范围内。在照相机镜头后部设置增距环，可以兼顾照相机的视野和放大倍率，视野可达几个厘米的范围，有利于对大量颗粒样品进行统计。同时，在镜头前设置带通滤光片，使其频率通带范围覆盖半导体激光器所发激光的中心频率，只允许激光中心频率附近的散射光进入照相机，可有效过滤等离子体的背景光，有效提高颗粒图像的对比度，进而提高测量精度。
[0018]所述计算机处理系统与所述探测系统中的照相机相接；所述照相机用于拍摄颗粒在真空室内的布朗运动轨迹图像并传输至所述计算机处理系统，所述计算机处理系统用于根据所接收到的图像计算颗粒的均方位移<r2>，并根据颗粒的布朗运动原理，依据公式
【权利要求】
1.一种干式颗粒粒度测量装置，包括光源系统、悬浮系统、探测系统和计算机处理系统；其特征是，所述悬浮系统包括真空室，在所述真空室内水平设置有上下两个极板，所述上极板接地，所述下极板连接直流电源的负极，所述直流电源的正极接地；在所述上极板与所述下极板之间设置有用于盛放待测颗粒的颗粒池，所述颗粒池连接穿出所述真空室的振动杆。
2.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述下极板为金属平板；在所述下极板上设置有用于防止由所述颗粒池撒出的颗粒落到所述下极板外侧的玻璃环。
3.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，在所述下极板的表面通过磨砂工艺形成有磨砂层，在所述磨砂层的表面通过涂黑工艺形成有涂黑层。
4.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述上极板由两块ITO导电玻璃组成，且两块所述ITO导电玻璃中的ITO膜层相互贴合。
5.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述颗粒池由不同目数的多层金属网压制而成；所述振动杆呈竖直设置，所述颗粒池通过水平设置的绝缘杆与所述振动杆相接。
6.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，在所述下极板底面的中心位置处套接有绝缘套，在所述绝缘套内穿接有金属导线，所述下极板通过所述金属导线与所述直流电源的负极相接。
7.根据权利要求1所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，在所述真空室的腔体上开有进气口和出气口 ；通过所述进气口可向所述真空室内充入空气或氩气，在所述进气口处安装有流量计，通过调节所述流量计可以控制所述真空室内的气压；在所述出气口处安装有用于测量真空室内气压的真空计。
8.根据权利要求1?7任一项所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述光源系统设置在所述真空室外与所述真空室的侧窗口相对的部位；所述光源系统包括半导体激光器，在所述半导体激光器的前方设置有平凸柱面透镜；所述半导体激光器和所述平凸柱面透镜一同设置在一升降台上。
9.根据权利要求8所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述探测系统设置在所述真空室的上窗口的上方；所述探测系统包括照相机，在所述照相机前设置有与照相机镜头后部相连的增距环；在所述照相机镜头的前方设置有带通滤光片，由所述半导体激光器所发激光的频率落入所述带通滤光片的频率通带范围内。
10.根据权利要求9所述的干式颗粒粒度测量装置，其特征是，所述计算机处理系统与所述探测系统中的照相机相接；所述照相机用于拍摄颗粒在真空室内的布朗运动轨迹图像并传输至所述计算机处理系统，所述计算机处理系统用于根据所接收到的图像计算颗粒的均方位移<r2>，并根据颗粒的布朗运动原理，依据公式 冗O 计算颗粒的粒径；式中:kB为玻尔兹曼常数，T为温度，t是照相机拍摄图像的持续时间，H是气体黏度，r是颗粒位置。
【文档编号】G01N15/02GK103954538SQ201410195358
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】贺亚峰, 张永亮, 宫卫华, 冯帆, 董丽芳 申请人:河北大学