[发明专利]一种静电传感实验系统及颗粒摩擦带电量的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电传感实验系统及颗粒摩擦带电量的测量方法，属于静电测量技术领域。

背景技术

静电常被认为是引起故障的原因，如从传统的观点来看，是石油、化工、粉碎加工等行业引起火灾、爆炸等事故的主要诱因之一。自上世纪50年代，基于静电感应原理开发用于气固两相中颗粒流动参数（如流速、流量和浓度）的测量。最近，静电感应技术被开发用于状态监测，已作为研究零部件摩擦磨损产生的磨粒监测的一种重要的在线监测方法。例如，一篇中国发明专利《油液磨粒在线监测方法及系统》（申请号为200810155902.7，申请日为2008.10.10.公开日为2009年3月25日）中公开了一种利用静电传感器对油液中的磨粒所带静电进行测量，并根据测量结果对油液中磨粒浓度进行实时在线监测的方法及系统。由于其原理是检测磨粒所携带的静电，因此对磨粒的材料无特殊限制，极大地扩展了应用范围。

实验研究显示，两配对副在润滑状态下产生的磨粒携带一定数量的电荷量，荷电磨粒悬浮在绝缘油液中，由于同油液介质的摩擦荷电和接触荷电可能导致荷电磨粒的电荷量发生变化。荷电磨粒与油液介质的相互作用机理仍然没有获得很好的解释，由此也导致静电传感器在对油液中磨粒所带静电进行测量时，其结果往往不准确，从而导致整个监测系统的可靠性难以得到保证。在飞机、舰艇发动机、传动系统等应用中，这个缺陷可能会导致极其严重的后果。因此有必要对各种磨粒产生摩擦静电，以及荷电磨粒与油液介质的相互作用进行准确的试验分析，从而为找到其作用机理提供依据。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种静电传感实验系统及颗粒摩擦带电量的测量方法，可准确测定颗粒在空气中与固体材料发生摩擦接触所携带的电荷量，为进一步研究及理论分析提供依据，且系统结构简单、使用方便。

本发明具体采用以下技术方案：

一种静电传感实验系统，包括荷电颗粒生成装置和荷电颗粒静电电压测量装置；所述荷电颗粒生成装置包括由绝缘材料制成的摩擦接触筒及接触筒盖；所述荷电颗粒静电电压测量装置包括法拉第筒，以及与法拉第筒内筒电连接并与法拉第筒外筒绝缘的感应电压测量单元，所述法拉第筒在其垂直方向开有一同轴通孔。

进一步地，所述荷电颗粒静电电压测量装置还包括一绝缘漏斗；所述绝缘漏斗的小开口端的尺寸与所述通孔的尺寸相对应，可通过所述同轴通孔固定于法拉第筒外筒上。

优选地，所述感应电压测量单元通过一安装于法拉第筒外筒侧壁的BNC接头，与法拉第筒内筒电连接并与法拉第筒外筒绝缘。

一种颗粒摩擦带电量的测量方法，采用上述静电传感实验系统，具体包括以下步骤：

步骤1、取特定材料、特定形状、特定粒径的单个或多个颗粒，放入所述摩擦接触筒并盖上接触筒盖；晃动摩擦接触筒一段特定的时间；

步骤2、将颗粒从摩擦接触筒中取出并等待一段特定时间，然后使颗粒通过所述法拉第筒上的同轴通孔自由下落；通过所述感应电压测量单元测量出感应电压值视为理论电压值，并根据感应电压计算得到颗粒所携带的静电电荷量；

步骤3、分别改变所述颗粒的材料、形状、粒径、摩擦筒晃动时间以及颗粒从摩擦接触筒中取出的等待时间，重复执行步骤1、步骤2，即得到不同材料、不同形状、不同粒径的单个或多个颗粒在不同摩擦筒晃动时间、不同等待时间下的摩擦所产生的静电电荷量。

     上述技术方案可以准确获得不同材料、不同形状、不同粒径的颗粒在摩擦时所产生的静电电量或感应电压，但无法反映荷电磨粒与液体介质的相互作用。为此，本发明对上述实验系统进行进一步改进，从而实现对不同材料、不同形状、不同尺寸颗粒在液体介质中摩擦荷电进行定量分析。具体采用以下技术方案：

     该系统还包括荷电颗粒注入实验装置；所述荷电颗粒注入实验装置包括：注入漏斗、带有可调节流阀的实验导管、密闭容器、静电传感器、真空泵、支架；所述注入漏斗通过所述支架固定于所述密闭容器上方，其小开口端与所述实验导管的上端密闭连接；所述密闭容器通过其上部的两个通孔分别与所述真空泵及所述实验导管的下端密封连接；所述静电传感器安装于所述实验导管的中部。

根据上述改进系统，可得到一种荷电颗粒在液体介质中的感应电压测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1、沿注入漏斗边缘向所述密闭容器内持续注入液体介质，使漏斗中液面保持在某一固定位置，将可调节流阀开启到最大，并打开真空泵，通过调整可调节流阀的开度，调节液体介质流动速度；