[发明专利]一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒粒径测量技术，尤其涉及一种离散状态下颗粒粒度分布的测量方法及装置。

背景技术

对分散状态颗粒的粒度大小和浓度进行测量，在涉及两相流动的动力、化工、医药、环保、水利、材料等领域中具有广泛应用背景。现有的测量方法包括筛分法、显微镜法、全息照相法、电感应法、沉降法等，其基本原理是基于颗粒的光学图像进行成像和放大倍率的换算来获得颗粒的粒径和形貌特征。

传统的测量方法具有以下各方面的缺陷：

1、筛分法测量时，需要测量装置与待测样品直接接触；电感应法测量时，样品需要悬浮于电解液中进行测量；沉降法测量时，需要将颗粒样品悬浮在液体介质中。以上三种测量方法在测量过程中，测量仪器或测量中使用的介质会与离散颗粒直接接触，可能会改变颗粒的形貌，影响测量数据的准确性。

2、光学显微镜法和全息照相法测量时，通过光学成像和激光全息干涉图像来获得待检物质的外观和大小。但用于颗粒测量时，尤其是介质中悬浮颗粒的测量，对于测量要求比较高，而且全息干涉法从装置到图像处理过程均比较复杂；显微镜及光学图像法测量需要直接观察完整的颗粒形貌，因此对测量仪器的显微放大要求较高，当离散颗粒的粒径较小时，直接观察比较困难，虽然光学显微镜的理论观测下限可以到0.5微米，但实际情况下，当粒径在1微米以下时，光学显微镜其实已经基本无法直接观察到了。

3、此外，利用光学显微镜法和全息照相法测量时，虽然不需要用肉眼观察，但是直接对颗粒成像由于需要获得形貌特征，对成像要求比较高，所以用于颗粒动态测量时，准确的观察比较困难，出现误判的机率较大，往往不能获得较好的测量结果。

4、现有的各种观测方法，在观察中需要大量的人工操作，自动化程度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能对离散状态的颗粒粒度分布进行非接触测量、并且测量颗粒的粒径小于1微米，无需对动态颗粒进行准确观察、自动化程度较高的测量方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法，其特征在于：

第一步，布置一个发射平面驻波声波或者平面行波的声场，声波的传播方向为水平方向；

第二步，离散状态的颗粒系在自身重力或外力作用下从声场上方下落、进入声场，在声波作用下发生水平横向振动，对颗粒系的横向运动轨迹进行连续拍照，顺次记录图像；

第三步，在第一幅图像中选取一颗粒，设该颗粒开始下落时在该图像中的初始横向振幅值x₀＝0，将顺次记录的图像叠加，获得该颗粒随时间t在声场中的横向振动曲线；

第四步，将上述实际曲线与理论计算下、不同粒径颗粒在相同声场中的振动曲线相对比，取曲线近似度最高的颗粒粒径为该颗粒的粒径；

第五步，重述上述第三、四步，确定其它颗粒的粒径，直至颗粒系中所有颗粒的粒径确定完毕，获得颗粒系的粒度分布。

其中，颗粒振幅的理论值通过求解下述公式获得：

Fx=d2xdt2=Fp+Fv]]>

上述公式中：

1、Fv为Stokes黏性力，按照如下公式代入：

F_v＝-3πμd_p(V_x-u)

其中：μ为流体动力黏度，为常量，

d_p为颗粒粒径，t为时间，均为自变量，

V_x为颗粒在水平方向上的即时运动速度，V_x＝dx/dt；

2、F_p为声压对颗粒的作用力，按照如下公式代入：