[发明专利]一种根据颗粒运动轨迹测量颗粒碰撞带电的装置和方法

说明书

本发明公开了一种根据颗粒运动轨迹测量颗粒碰撞带电的装置和方法。该装置由高压直流电源、标尺、可视化试验箱、机械悬臂、电极板、碰撞平板、高速摄像机、真空泵组成。真空实验箱两侧布置两块平行电极板，一块电极板与高压电源连接，另一块接地，通过高压电源使电极板之间形成均匀电场，试验箱底部布置平板。固定在机械悬臂内的碰撞颗粒在重力作用下落入电极板之间的电场区域，与碰撞平板碰撞后反弹再次进入电场区域，用高速摄影机记录颗粒在电极板处的运动轨迹。带电颗粒在均匀电场中受水平电场力的作用，颗粒轨迹会发生偏移，通过分析颗粒的运动轨迹，即可得到颗粒的受力情况，进而计算得到颗粒的带电量。

技术领域

本发明属于气固两相流固体颗粒物碰撞带电领域，涉及一种根据颗粒运动轨迹测量颗粒与壁面碰撞产生静电的技术。

背景技术

颗粒带电是工业生产过程中普遍存在的现象。在颗粒的破碎、筛分、造粒及输送等过程中，由于颗粒与颗粒之间、颗粒与壁面之间的剧烈碰撞和摩擦，颗粒带电现象十分明显。

在颗粒传输处理过程中，静电的产生、积累会对工业生产有相当的危害性，颗粒静电大量积聚，导致团聚和黏壁现象，甚至还会产生静电放电，引起着火、爆炸等严重事故。随着工业生产的高速发展和高分子材料的迅速推广，静电危害己经成为化工、制药、面粉、粮食储运等不少行业安全生产的严重威胁。

为了避免和消除颗粒静电带来的危害，对颗粒带电机理的研究迫在眉睫。目前该方面的研究还很有限，机理尚未明确。研究单个颗粒与壁面碰撞、摩擦产生静电能更好的了解静电产生的机理。

目前测量颗粒带电量的主要是依靠法拉第杯法。当一个带电颗粒放入内筒中，试样上发出的电力线能够全部进入法拉第内筒。内筒壁面上会感应出电量相等但极性相反的电荷，通过电容储存电荷的功能就能通过静电测量仪对其进行测量。法拉第杯法测量过程中法拉第杯的电容容易受到外部环境的影响，同时该方法在颗粒间碰撞和分离测量过程中存在较多难题，只能得到颗粒碰撞后所获得的电量，而且对于带电量只有1×10^-12C量级的单颗粒来说，测量误差不容忽视。

因此，发明一种有效的测量装置和新的测量方法，减少法拉第杯装置对于颗粒静电量的影响，准确测量颗粒与壁面碰撞前后产生的静电量，显得十分必要。

发明内容

本发明根据上述不足提供了一种根据颗粒运动轨迹带电碰撞装置及碰撞试验方法；解决法拉第杯法测量的缺陷。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的根据颗粒运动轨迹带电碰撞装置，包括高压电源，标尺，可视化试验箱，机械爪，电极板，碰撞平板，高速摄影机，真空泵；所述的可视化试验箱内顶部设有机械爪；所述的机械爪用于夹持试验颗粒；可视化试验箱上设有抽气端口，该抽气端口与真空泵相连通；可视化试验箱的内底部设有碰撞平板；可视化试验箱的两侧分别设有电极板；电极板与高压电源相连；可视化试验箱的水平方向和垂直方向分别设有标尺；高速摄影机布置在可视化试验箱的外部。

本发明所述的根据颗粒运动轨迹测量颗粒碰撞带电的装置，所述的真空泵将可视化试验箱内空气抽离，可视化试验箱内处于真空状态。

本发明所述的根据颗粒运动轨迹测量颗粒碰撞带电的装置，所述的机械爪的底端的水平高度高于电极板顶端的水平高度。防止气体电离影响颗粒静电量，消除空气阻力对颗粒运动影响；电极板应保证平行布置在试验箱外部，保证不与颗粒接触，且一侧电极板接地。

本发明装置中，所述碰撞颗粒应保证能够有效碰撞反弹。

本发明的根据颗粒运动轨迹测量颗粒碰撞带电的方法，包括以下步骤：

1)、准备试验设备，机械爪夹持试验颗粒；调整高速摄像机的位置，确保高速摄像机能对可视化试验箱内试验颗粒的运动轨迹进行捕捉；

2)、采用真空泵对可视化试验箱内抽真空，调节高压电源，使电极板区域形成稳定均匀电场；