[發明專利]一種根據顆粒運動軌跡測量顆粒碰撞帶電的裝置和方法

在審

• 申請號: 201811589906.6
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109633293A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 梁財;丁冬冬;陳曉平;胡駕緯;周群;劉道銀;馬吉亮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李想

本發明公開了一種根據顆粒運動軌跡測量顆粒碰撞帶電的裝置和方法。該裝置由高壓直流電源、標尺、可視化試驗箱、機械懸臂、電極板、碰撞平板、高速攝像機、真空泵組成。真空實驗箱兩側布置兩塊平行電極板，一塊電極板與高壓電源連接，另一塊接地，通過高壓電源使電極板之間形成均勻電場，試驗箱底部布置平板。固定在機械懸臂內的碰撞顆粒在重力作用下落入電極板之間的電場區域，與碰撞平板碰撞后反彈再次進入電場區域，用高速攝影機記錄顆粒在電極板處的運動軌跡。帶電顆粒在均勻電場中受水平電場力的作用，顆粒軌跡會發生偏移，通過分析顆粒的運動軌跡，即可得到顆粒的受力情況，進而計算得到顆粒的帶電量。

技術領域

本發明屬于氣固兩相流固體顆粒物碰撞帶電領域，涉及一種根據顆粒運動軌跡測量顆粒與壁面碰撞產生靜電的技術。

背景技術

顆粒帶電是工業生產過程中普遍存在的現象。在顆粒的破碎、篩分、造粒及輸送等過程中，由于顆粒與顆粒之間、顆粒與壁面之間的劇烈碰撞和摩擦，顆粒帶電現象十分明顯。

在顆粒傳輸處理過程中，靜電的產生、積累會對工業生產有相當的危害性，顆粒靜電大量積聚，導致團聚和黏壁現象，甚至還會產生靜電放電，引起著火、爆炸等嚴重事故。隨著工業生產的高速發展和高分子材料的迅速推廣，靜電危害己經成為化工、制藥、面粉、糧食儲運等不少行業安全生產的嚴重威脅。

為了避免和消除顆粒靜電帶來的危害，對顆粒帶電機理的研究迫在眉睫。目前該方面的研究還很有限，機理尚未明確。研究單個顆粒與壁面碰撞、摩擦產生靜電能更好的了解靜電產生的機理。

目前測量顆粒帶電量的主要是依靠法拉第杯法。當一個帶電顆粒放入內筒中，試樣上發出的電力線能夠全部進入法拉第內筒。內筒壁面上會感應出電量相等但極性相反的電荷，通過電容儲存電荷的功能就能通過靜電測量儀對其進行測量。法拉第杯法測量過程中法拉第杯的電容容易受到外部環境的影響，同時該方法在顆粒間碰撞和分離測量過程中存在較多難題，只能得到顆粒碰撞后所獲得的電量，而且對于帶電量只有1×10^-12C量級的單顆粒來說，測量誤差不容忽視。

因此，發明一種有效的測量裝置和新的測量方法，減少法拉第杯裝置對于顆粒靜電量的影響，準確測量顆粒與壁面碰撞前后產生的靜電量，顯得十分必要。

發明內容

本發明根據上述不足提供了一種根據顆粒運動軌跡帶電碰撞裝置及碰撞試驗方法；解決法拉第杯法測量的缺陷。

本發明采用如下技術方案：

本發明所述的根據顆粒運動軌跡帶電碰撞裝置，包括高壓電源，標尺，可視化試驗箱，機械爪，電極板，碰撞平板，高速攝影機，真空泵；所述的可視化試驗箱內頂部設有機械爪；所述的機械爪用于夾持試驗顆粒；可視化試驗箱上設有抽氣端口，該抽氣端口與真空泵相連通；可視化試驗箱的內底部設有碰撞平板；可視化試驗箱的兩側分別設有電極板；電極板與高壓電源相連；可視化試驗箱的水平方向和垂直方向分別設有標尺；高速攝影機布置在可視化試驗箱的外部。

本發明所述的根據顆粒運動軌跡測量顆粒碰撞帶電的裝置，所述的真空泵將可視化試驗箱內空氣抽離，可視化試驗箱內處于真空狀態。

本發明所述的根據顆粒運動軌跡測量顆粒碰撞帶電的裝置，所述的機械爪的底端的水平高度高于電極板頂端的水平高度。防止氣體電離影響顆粒靜電量，消除空氣阻力對顆粒運動影響；電極板應保證平行布置在試驗箱外部，保證不與顆粒接觸，且一側電極板接地。

本發明裝置中，所述碰撞顆粒應保證能夠有效碰撞反彈。

本發明的根據顆粒運動軌跡測量顆粒碰撞帶電的方法，包括以下步驟：

1)、準備試驗設備，機械爪夾持試驗顆粒；調整高速攝像機的位置，確保高速攝像機能對可視化試驗箱內試驗顆粒的運動軌跡進行捕捉；

2)、采用真空泵對可視化試驗箱內抽真空，調節高壓電源，使電極板區域形成穩定均勻電場；