專利名稱：圖像沉降法測量顆粒粒度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型所屬的技術(shù)領(lǐng)域為粉體技術(shù)或顆粒測量技術(shù)。
顆粒的粒度和粒度分布是顆粒和粉末材料的重要參數(shù)。美國專利3,449,567公開報導(dǎo)了利用光沉降法測量顆粒度和粒度分布。該法的基本原理是測量光束通過顆粒懸浮液的消光強度隨時間的變化，根據(jù)沉降理論計算顆粒的當量直徑。該法采用的光源可為可見光、激光或X射線；采用的力場可為重力場或離心力場。該法具有分辨率高、精確度好等優(yōu)點。根據(jù)該原理生產(chǎn)的測量顆粒粒度的裝置有美國麥克公司，采用X射線和重力場原理的Sedigraph 5100，美國布魯克海文公司，采用X射線和離心力場原理的BI-XDC，以及日本清新公司，采用可見光和重力場及離心力場的SK-2000粒度儀等。但這些測量裝置均采用一個光電傳感器將光強度轉(zhuǎn)變成電信號，不能同時獲得懸浮液表面以下不同沉降高度處的消光強度變化。盡管有的儀器裝置附加了移動沉降槽的機械裝置，但由于顆粒樣品的粒度范圍不同，所以測量時間較長。同時，機械移動裝置增加了儀器的復(fù)雜性和不可靠性，對于給定的顆粒樣品，在測量過程中判斷何時才是測量的終點，對于快速測量極其重要。
本實用新型的目的在于解決在顆粒粒度測量存在的測量時間長、測量裝置復(fù)雜和不可靠的缺陷，研制出一種既能測量懸浮液表面以下的沉降高度，又能同時測量各處高度消光強度的變化，并取消機械移動裝置，提高儀器可靠性的快速測量顆粒粒度的裝置。
本實用新型在光沉降法的基礎(chǔ)上，采用圖像技術(shù)測量通過沉降池的消光強度，裝置的原理由

圖1示出。白熾燈光線經(jīng)凸透鏡成為平行光，在凸透鏡與盛懸浮液的透明容器，即，沉降槽或離心圓盤之間有一帶有狹縫的隔板或隔柵，光線經(jīng)狹縫或隔柵照在盛有顆粒懸浮液的容器上，透過光照射在產(chǎn)生電信號的圖像傳感器，使光強轉(zhuǎn)變成電信號，并通過電路放大，信號放大電路分別與圖像傳感器和A/D圖像板連接，A/D圖像板將電信號數(shù)字化，由計算機將數(shù)字化的光強值存儲在計算機的內(nèi)存中。
根據(jù)透過光的光強隨時間的變化以及顆粒沉降理論，如重力場中的斯托克斯定律，即可得到顆粒的粒度和粒度分布。顆粒的累計百分數(shù)可由Lambert-Beer定律計算。
本實用新型首先采用高速、自掃描、電耦合光電二極管陣列(CCPD)。具有1024-4096個光電二極管的圖像傳感器測量透光強度，能接收可見光、激光或X光；可直接得到顆粒沉降過程中沿沉降高度的消光圖像，并在監(jiān)視器上顯示消光圖像隨時間的變化。本發(fā)明采用線性圖像傳感器，得到的消光圖像各點均有消光強度值，即灰度值。
由于本實用新型直接測量了消光圖像，所以可以清楚地了解顆粒沉降高度顆粒濃度的變化。隨著沉降過程的進行，靠近懸浮液表面處的顆粒首先離開這一區(qū)域，因此這里的消光強度增加得最快。當此處消光強度趨于一穩(wěn)定值時，說明小顆粒已基本沉降完畢，測量可以結(jié)束。此時在此區(qū)域以下還有很多顆粒仍然在沉降之中。
本實用新型測量省時的關(guān)鍵在于不需要全部顆粒都沉降到光電傳感器以下才停止測量，而僅當小顆粒剛剛沉降離開懸浮表面區(qū)，即可結(jié)束測量。
表1列出3種儀器測量4.5μm碳化硅粉末所需的時間。這3種儀器分別是根據(jù)本實用新型制造的Sedimage 1000粒度儀，美國麥克公司生產(chǎn)的Sedigraph 5100和布魯克海文公司生產(chǎn)的BI-XDC。3種儀器的測量時間分別為5分鐘，28分鐘和20分鐘。本儀器將測量時間縮短約1/5。
表1.3種儀器測量結(jié)果的比較儀器名稱 材料中位徑(μm)測量時間(分)Sedigraph 5100 SiC4.5 28BI-XDC SiC4.5 20Sedimage 1000SiC4.5 5
此外，本裝置采用圖像技術(shù)測量顆粒的沉降高度或沉降距離，絕對誤差小于0.03mm，比目前國外同類儀器精確。
圖1.本實用新型制造的Sedimage 1000粒度儀的原理圖1.透鏡 2.狹縫或隔柵 3.盛懸浮液容器 4.圖像傳感器5.信號放大電路 6.A/D系統(tǒng)7.計算機 8.光電傳感器圖2.Sedimage 1000對碳化硅粉末3次測量的結(jié)果。
圖3.本裝置測量結(jié)果與標準數(shù)據(jù)的比較，顆粒為玻璃珠。
-代表本裝置Sedimage 1000的結(jié)果0代表標準玻璃珠的數(shù)據(jù)實施例(1)應(yīng)用本實用新型制造的Sedimage 1000粒度儀，采用可見光和重力場對碳化硅(SiC)粉末進行3次粒度測量，如圖2所示，相對誤差小于2％，儀器的重復(fù)性令人滿意。
實施例(2)圖3示出應(yīng)用Sedimage 1000粒度儀與玻璃珠標準數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果很接近。說明本方法可以在實際測量中應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種測量顆粒粒度的裝置，包括光源，懸浮液沉降容器，傳感器，信號放大電路和計算機，其特征在于在光源的正前方安裝一個產(chǎn)生平行光的凸透鏡，在凸透鏡與盛懸浮液的透明容器間有一帶有狹縫的隔板或隔柵，光透過容器照射在產(chǎn)生電信號的圖像傳感器，經(jīng)信號放大電路和圖像傳感器連結(jié)的是A/D圖像板和計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量顆粒粒度的裝置，其特征在于所述的圖像傳感器為具有1024-4096個光電二極管的圖像傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量顆粒粒度的裝置，其特征在于所述的圖像傳感器能接收可見光、激光或X光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量顆粒粒度的裝置，其特征在于所述的盛懸浮液的容器為沉降槽或離心圓盤。
專利摘要本實用新型是粉體技術(shù)或顆粒技術(shù)領(lǐng)域里利用圖像沉降法測量顆粒粒度的裝置,該裝置在光源的正前方安裝一個產(chǎn)生平行光的凸透鏡,由原來的一個光電傳感器,發(fā)展成由1024－4096個光電二極管圖像傳感器,經(jīng)信號放大電路和A/D圖像板及計算機處理,能夠解決測量顆粒粒度時測量范圍窄,測量時間長、以及測量裝置復(fù)雜和不可靠的缺陷,由于本裝置采用圖像技術(shù)測量顆粒的沉降高度或沉降距離,絕對誤差小于0.03mm。
文檔編號G01N15/02GK2285468SQ9621895
公開日1998年7月1日 申請日期1996年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月12日
發(fā)明者馬興華, 完明睿, 沈天臨 申請人:中國科學院化工冶金所