一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法及装置，通过装置固定两个颗粒，控温控湿使两个颗粒之间生成单个固桥，通过显微镜测定固桥半径，并用外力破坏固桥，从而采用公式σ＝C/πb

【技术实现步骤摘要】
一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法及装置
本专利技术涉及一种测量方法及装置，特别是涉及一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法及装置。
技术介绍
固体颗粒是工业生产上非常普遍的一种产品形式。在医药、化学、食品、肥料、清洁剂、军工等领域，固体产品更倾向于被制备成单颗、分散状态，以具备良好的流动性和稳定性，从而提升商业竞争力。然而，在颗粒产品的下游过程(过滤、洗涤、干燥、运输、存储和销售)，结块现象极易发生，导致产品失去流动性和稳定性，使产品价值显著下降，生产和使用成本上升。结块问题的普遍性和危害性困扰着众多生产领域，成为阻碍产品质量的主要因素。对结块体的表征颗粒结块体的结块强度也因此成为了评价产品质量的重要考量指标，开发一种快速准确测量颗粒结块强度的方法非常必要。目前的结块强度表征方法，主要利用结块强度参数来推算样品结块强度，此方法通过测量材料本身的特性，进而对颗粒在各种外部条件下的结块强度有较快的推算效果(Leaper,M.C.etal.,2003.Measuringthetensilestrengthofcakedsugarproducedfromhu-miditycycling.Proc.Inst.Mech.Eng.E.217,41-47)。主要的推算公式如下。当两个颗粒结块时，颗粒之间会形成固桥，将颗粒连接在一起。对于一群堆积的颗粒而言，堆积体的内部形成大量的固桥连接附近的单颗粒，进而形成结块体，该结块体的结块强度可用公式(1)进行计算：其中，H是结块体的结块强度，σ为颗粒材料的结块强度参数，b为固桥半径，ε是堆积体孔隙率，r是颗粒半径。可以看出，此方法中，最为关键的环节是测量颗粒材料的结块强度参数σ。但是，目前的测量方法存在一个明显的漏洞，导致其准确性无法达标。目前的结块强度参数σ是基于公式1进行反推，即公式(2)：这就意味着，为了获得结块强度参数σ，首先要制备结块试验样品，并对其进行结块强度表征，但是目前的传统方法测量结块体存在精度低、测量周期长、用量消耗大、测量装置难以多通量等明显的弊端。传统的结块表征方法包括袋装法和加速结块法(Zafar,U.etal.,2017.Areviewofbulkpowdercaking.PowderTechnol.313,389-401.)。袋装法为在实际生产中采用产品包装袋填装产品后，堆叠一定的层数后，经过数天、数周乃至数月后，将每层的包装袋拆袋查看结块体大小，以此反映结块体强度；加速结块法为实验室级别的表征方法，利用结块模具在控温控湿箱中产生结块体，并用力学设备进行破碎，采集破碎时的最大载荷作为结块强度。在精度方面，袋装法无法实现量化参数的输出，仅仅是利用结块体的尺寸和形态来进行非常粗略的表征；加速结块法虽然能够输出量化的载荷，然而，由于颗粒样品的粒度和形态是不均匀的，因此其内部是非均匀结构，结块体在被测量时往往在最脆弱的部分破碎，这样的载荷数据无法反映真实的结块强度，其数值往往明显偏低，且无法预估真实值。在测量周期方面，袋装法的时长往往以月统计，加速结块法的实验周期也以周统计，实验周期非常漫长。在测试样品的消耗上，袋装法的消耗量巨大，加速结块法的单次消耗量也在百克级别，这样的高消耗量对于某些贵重样品几乎无法承受。在测量装置方面，袋装法占地面积大，且无法进行温湿度调控；加速实验法的制样装置往往也相对较大，在一个常规的控温控湿箱中(0.5～1立方米空间)只能放置一个制样装置，无法实现多通量。因此，为了解决传统测量结块强度参数的方法精度低、测量周期长、用量消耗大、测量装置难以多通量等问题，目前亟需一种方法及配套装置，实现对结块强度参数的高效准确测量。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法及装置，通过单固桥制样来避免多固桥制样(传统结块体制样)的明显误差，并以此大幅缩减装置体积，实现多通量测量，从而达到精度高、周期短、用量少、测量高效的目的。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法，采用以下公式计算获得该材料的结块强度参数：其中，C为破碎半径为b的固桥所需要的力，即单固桥的结块强度。公式(3)中，用显微镜测量固桥半径b，用本专利技术提出的一种测量单固桥结块强度的装置测量结块强度C，测量单固桥结块强度参数的装置的特征是：见图1，装置包括一个固定颗粒装1，显微镜2和控温控湿箱3；其中，固定颗粒装置1和显微镜2放置于控温控湿箱3中；固定颗粒装置可设计为双机械臂压力传感形式、提拉形式、平台下降形式、震动形式；固定颗粒装置可设计为多通量，通过集成平台整合多个固定颗粒装置，实现多通量测量。双机械臂压力传感形式装置的基本构造为：两个测试颗粒分别被粘附固定在两个固定探头上，固定探头与压力/拉力传感器相连，压力/拉力传感器与伸缩杆相连，伸缩杆与伸缩杆控制电机相连，伸缩杆控制电机与平台相连。测量过程为：两个测试颗粒分别被粘附固定在两个固定探头上，电机控制固定探头使两个颗粒形成接触，随后放入控温控湿箱中生成固桥，用显微镜测量固桥半径b，随后两个电机控制固定探头反向移动，拉开颗粒，压力/拉力传感器记录拉力变化数值，拉力峰值即为C，从而完成一次测量。根据公式(3)计算得结块强度参数σ。提拉形式装置的基本构造为：两个颗粒被竖立堆积在玻璃管中，玻璃管下端封口，其内径为颗粒4直径的1～1.9倍，后放入的颗粒用提拉机械臂粘住。测量过程为：两个颗粒在装置上形成接触，其中一个颗粒与机械臂粘附固定，随后放入控温控湿箱中生成固桥，用显微镜测量固桥半径，随后提拉机械臂，而平台维持高度不变，完成一次测量。此时公式(3)转变为公式(4):其中,G为颗粒重量，由高精度天平测得，或筛选相同尺寸的多个颗粒测量总重后取均值，形状规整的颗粒如球形或立方体也可通过显微镜测量半径或边长基于体积和密度计算获得；bc为临界固桥半径，一个颗粒通过固桥能够悬空连接在另一个颗粒上，实现这一条件的最小固桥半径为临界固桥半径。调整固桥半径多次测量，从而确定临界固桥半径bc。进而根据公式(4)计算得结块强度参数σ。平台下降形式装置的基本构造为：两个颗粒被横置于平台上，其中一个颗粒被固定探头粘附固定，固定探头与连接杆连接，平台下方与螺杆连接，螺杆与手动摇杆连接，连接杆和手动摇杆的底端均与平台连接固定，平台下方的一侧连接有可调节垫脚。测量过程为：颗粒在装置上形成接触，其中一个颗粒与固定探头粘附固定，随后放入控温控湿箱中生成固桥，用显微镜测量固桥半径，随后下降平台，而探头维持高度固定，完成一次测量。调整固桥半径多次测量，从而确定临界固桥半径bc。进而根据公式(4)计算得结块强度参数σ。震动形式装置的基本构造为：两个颗粒被放置在下凹的载片中，载片被固定在平台上，平台可进行竖直方向的轻微震动。测量过程为：两个颗粒放置在下凹的载片中，形成自然的接触，随后放入控温控湿箱中生成固桥，用显微镜测量固桥半径，随后平台竖直方向轻微震动一次，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法；其特征是采用以下公式计算获得该材料的结块强度参数σ：/n

【技术特征摘要】
1.一种通过单固桥测量颗粒材料的结块强度参数的方法；其特征是采用以下公式计算获得该材料的结块强度参数σ：



或



其中,C为破碎半径为b的固桥所需要的力，即单固桥的结块强度；G为颗粒重量，bc为临界固桥半径。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是用显微镜测量固桥半径b，用测量单固桥结块强度的装置测量结块强度C或确定临界固桥半径bc。


3.一种测量单固桥结块强度参数的装置，其特征是装置包括固定颗粒装置，显微镜和控温控湿箱；固定颗粒装置和显微镜放置于控温控湿箱中。


4.如权利要求3所述的装置，其特征是固定颗粒装置为双机械臂压力传感形式装置、提拉形式装置、平台下降形式装置或震动形式装置。


5.如权利要求3所述的装置，其特征是固定颗粒装置为多通量，通过集成平台整合多个固定颗粒装置，实现多通量测量。


6.如权利要求4所述的装置，其特征是双机械臂压力传感形式装置为：两个测试颗粒分别被粘附固定在两个固定探头上，固定探头与压力/拉力传感器相连，压力/拉力传感器与伸缩杆相连，伸缩杆与伸缩杆控制电机相连，伸缩杆控制电机与平台相连；测量过程为：两个测试颗粒分别被粘附固定在两个固定探头上，电机控制固定探头使两个颗粒形成接触，随后放入控温控湿箱中生成固桥，用显微镜测量固桥半径b，随后两个电机控制固定探头反向移动，拉开颗粒，压力/拉力传感器记录拉力变化数值，拉力峰值即为C，从而完成一次测量，利用公式计算得结块强度参数σ。


7.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊波，陈明洋，余畅游，姚孟惠，刘岩博，汤伟伟，吴送姑，杜世超，高振国，侯宝红，尹秋响，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12