專利名稱：煤粉細度測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤粉細度測量裝置，特別是涉及一種激光法煤粉細度測量裝置。
背景技術：
顆粒粒度測量，常用的粒度測試方法有篩分法、顯微鏡法、沉降法、庫爾特法、激光法、超聲波法、透氣法、電鏡法等。目前，煤粉細度的測量普遍采用的是篩分法。[0003] (1)振篩機篩分法煤粉細度測量 本方法的基本工作原理是稱取一定質量的煤粉置于規定的實驗篩中，在振篩機上篩分完全，根據振篩機上殘留煤粉質量計算出煤粉細度。 所需設備包括感量為0. Olg的工業天平；篩網孔徑為200 ii m和90 ii m的試驗篩各一個，并配有底盤和篩蓋；垂直振擊次數150次/min，水平回轉次數220次/min或類似的振篩機；密封式的槽式二分器；秒表和軟毛刷。 測試步驟將底盤、孔徑90 ii m及孔徑200 y m的篩子自下而上依次重疊在一起；稱取煤樣25克(稱準到0. Olg)，置于孔徑為200 ii m篩內，蓋好篩蓋；將上述裝置裝入振篩機支架上，振篩10min，取下篩子，用刷子刷孔徑為90 ii m篩的底面一次(防止細小顆粒堵塞90 ii m篩的孔)，裝上篩子再振篩5min。(若再振篩2min，篩下煤粉量不超過0. lg時，則認為篩分安全)；取下篩子，分別稱量孔徑為200 ii m及90 ii m篩上殘留的煤粉量，稱準到0. Olg。
結果計算 煤粉細度按下列公式計算 i 200 =^^xl00 i^"20Q+4o)x100G 式中 R2。。-未通過200 ii m篩子的煤粉質量占試樣質量的百分數，％[0013] R9。-未通過90iim篩子的煤粉質量占試樣質量的百分數，％[0014] A2。。_200 ii m篩上的煤粉質量，g ;[0015] A9。_90 ii m篩上的煤粉質量，g。 (2)靜態光散射粒度測量原理靜態光散射粒度測量是根據顆粒能使激光產生散射這一物理現象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以在沒有阻礙的無限空間中激光將會照射到無窮遠的地方，并且在傳播過程中很少有發散的現象。Mie氏散射理論表明，當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發生散射現象，散射光的傳播
方向將與主光束的傳播方向形成一個夾角e， e角的大小與顆粒的大小有關，顆粒越大，產生的散射光的e角就越小；顆粒越小，產生的散射光的e角就越大。即小角度的散射光
是由大顆粒引起的；大角度的散射光是由小顆粒引起的。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數量。這樣，測量不同角度上的散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布。 實現方式遵循粒度分析激光衍射法GB/T 19077. 1-2008中的描述，將有代表性的樣品，以適當的濃度在合適的液體或氣體中分散后，讓一束光(通常是激光)通過其間，光被散射后，分布在不同的角度，通過有規律的多元探測器接收有關信號，并通過適當的光學模型和數學程序進行計算，得出各粒度級別粒子體積所占總體積的比。[0018] 上述兩種方法的缺點如下 (1)篩分法的缺點步驟繁瑣，速度慢，精度差，人為因素影響大，重復性差，自動化程度低。 (2)現有的激光法測量儀器針對煤粉細度測量的缺點探測器結構和軟件的設計沒有專門針對煤粉細度測量；濕法測量時，煤粉會產生溶脹現象導致測量值偏大，樣品量少，代表性不夠；干法測量時，由于煤粉本身具有一定得粘性且密度較小，傳統的噴射式分散系統很難解決分散力和氣流的發散角之間的矛盾，這導致要么樣品分散不充分，測量的準確性和重復性下降，要么氣流發散角過大，限制了測量范圍和精度。 目前為止，還沒有發現針對電力用煤煤粉細度測量的專用激光法測量裝置，特別是在設計上充分考慮煤粉細度測量定則DL/T567. 5-95中的要求以及專門針對煤粉密度小、具有粘性、不宜分散和清洗等物理特性而設計的分散裝置。
實用新型內容針對于此，本實用新型的目的在于，提供一種煤粉細度測量裝置，自動化程度高，耗時短，精度高，重復性好。 為達到上述目的，本實用新型提供的技術方案是一種煤粉細度測量裝置，包括有振蕩進樣器、旋風分散裝置和激光檢測裝置，所述旋風分散裝置由真空發生器、旋風分散器和消減漩渦氣流的整流裝置依次連接而成，所述振蕩進樣器的出口與真空發生器連通，所述整流裝置與激光檢測裝置中的測試窗連通。 所述旋風分散裝置還包括有集塵裝置，所述集塵裝置連接在測試窗的下方。[0025] 該煤粉細度測量裝置還包括有數據分析處理裝置，所述數據分析處理裝置包括有與激光檢測裝置上光電檢測器陣列信號連接的信號采集電路，以及與所述信號采集電路電連接的單片機裝置。 所述整流裝置由柱狀圓管和柱狀方管連通而成，所述柱狀圓管與旋風分散器連通，所述柱狀方管與測試窗連通。 所述柱狀圓管的直徑為4mm，長度為50mm ;所述柱狀方管為30mmX4mm，長度為50mm。 所述激光檢測裝置中的傅里葉變換透鏡是由兩片不同彎月形的透鏡和一片雙凸透鏡依次排列組成，所述兩片彎月形透鏡的所有曲面以及雙凸透鏡的一個曲面均為負曲率面，所述兩片彎月形透鏡的凹面和雙凸透鏡的正曲率面朝向測試窗。 所述中間的彎月形透鏡和雙凸透鏡的焦距分別為193. 73mm和231. 47mm，另一個彎月形透鏡的焦距為-153. 76mm。 所述中間的彎月形透鏡和雙凸透鏡均采用折射率n632.8 = 1. 79992的ZF7玻璃制
4作而成；所述另一個彎月形透鏡采用折射率n632.8 = 1. 48598的QK3玻璃制作而成。 所述兩片彎月形的透鏡和雙凸透鏡的曲面的曲率半徑依次為&， R2， R3， R4， R5， R6， 其中R丄<< R2， R3 < R4， R5 >> R6。 所述激光檢測裝置中的光電探測器由一系列硅光電池陣列組成，中心是一個直徑 為45iim的小孔，在小孔的四周分布著對稱的四個三角形檢測器；小孔左右兩側交叉排列 著38個6(T的扇形探測器，然后在其左右對稱連續排列6對30。扇形探測器，最外邊單側 連續排列12個等高的扇形探測器。 與現有技術相比，本實用新型在滿足煤粉細度測量定則DL/T567. 5_95中的測量 要求的前提下，采用以Mie氏理論為基礎的靜態光散射法的，并根據粒度分析激光衍射法 GB/T19077. 1-2008中的傅里葉光路(a)為模型進行設計。該方法采用的是間接測量方法， 自動化程度高，耗時短，精度高，重復性好，并利用隨機軟件通過計算機可以直接對數據進 行相關分析并給出測量報告。 煤粉經振動進樣器以及旋風分散裝置的作用，得到充分地分散，從而提高了檢測 的準確性和重復性；而整流裝置限制了氣流的發散角較小，增大了測量范圍和精度。
圖1是本實用新型的結構示意圖； 圖2是振動進樣器和旋風分散裝置的連接示意圖； 圖3是本實用新型測量裝置結構示意圖； 圖4是本實用新型的傅里葉變換透鏡的結構示意圖； 圖5是本實用新型中的散射光探測器的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性， 不應對本實用新型的保護范圍有任何的限制作用。 —種基于靜態光散射原理的煤粉細度測量裝置，包括振動進樣器1及旋風分散裝 置2，測量裝置3和數據分析處理系統4三個部分組成，整體結構如圖1所示。( — )旋風分散裝置2包括真空發生器21、旋風分散器22、整流裝置23、測試窗33 和集塵裝置24，如圖2所示。 振動進樣器1包括，進樣漏斗、樣品槽和振動電機三個主要部分。進樣漏斗可以 通過調節下端面與進樣槽的距離來控制進樣量；樣品槽由一個傾角可調的鏡面不銹鋼板制 成，通過調節螺母可以改變樣品槽的傾角；振動電機作為振源為進樣槽提供垂直振動對樣 品進行初級分散，振動電機的振動頻率通過單片機控制連續可調，可以提供不同的分散力 并結合樣品槽傾斜度控制進樣速度。 一般情況下，選擇一個合適的傾角后，固定不變，僅通 過調節振動頻率來控制進樣速度。 真空發生器21由吸附腔入口、壓縮空氣入口、真空發生腔和噴嘴組成。從振動進 樣器1輸出的樣品流，經吸附腔入口進入真空發生腔，壓縮空氣(由工業空壓機提供并經過 除油、除濕裝置)經空氣入口進入真空發生腔，然后兩者在真空發生腔內混合通過噴嘴噴 射出來。[0045] 旋風分散器22由進料口、排氣口、出料口和分散桶組成。從真空發生器21的噴嘴 噴射出混有樣品的壓縮空氣由旋風分散器22的進料口以較高的線速度沿切向進入到分離 桶內，在分散筒與排氣口間形成旋轉向下的外旋流，把分散器壁的顆粒帶到旋風分散器底 部，到達錐底后以相同的旋向折轉向上，形成內旋流，到上部從排氣口流出。顆粒在內、外旋 轉流場中受離心力作用向器壁方向拋出。在分散桶內，粒子所受的不同離心力有利于粒子 的分散，同時，粒子與器壁的碰撞進一步分散更粘的團聚物。這樣氣體從上部流出，而分散 好的煤粉顆粒從旋風分散器下部流出。旋風分散器內產生的離心力以及顆粒與器壁之間的 碰撞產生的剪切力來分散煤粉顆粒，這里可以通過調節排氣口的大小和壓縮空氣的壓強大 小來調節分散力以及出料口的出樣速度和發散角。 整流裝置23是用來消減旋風分散器出料口出來的混有分散好的樣品的漩渦氣
流，同時減緩樣品流速并將流體截面從圓形轉換成類似矩形，便于測量。測試窗33由兩片直徑為50. 8mm、厚度為5mm的K9平板玻璃組成的密封腔，兩窗口
玻璃的間距僅為4mm，玻璃表面鍍有氟化鎂的A /4增透膜。 集塵裝置24采用的是帶有過濾網的集塵筒，過濾網的孔徑為0. 5 ii m (二)測量系統3由光源(一般為激光器)31、準直擴束裝置32、匯聚透鏡34、測
試窗33(即進樣與分散系統中的測試窗)、光電檢測器35(包括對中檢測器和散射光檢測
器)、數據采集系統4，如圖3所示。 激光器采用的是2. 5mW的632. 8nm氦氖激光器；準直擴束裝置包括放大率為40 X 的顯微物鏡、孔徑為15iim的空間濾波針孔、焦距為60mm的雙膠合透鏡和口徑為1 12mm 的可變光闌。如圖4所示，匯聚透鏡由兩片不同的彎月形透鏡(前兩片)和一片雙凸透鏡 (第三片)組成，且凹面(前兩片)或正曲率面(第三片)朝向測試窗33，其中第一片(即 第1面和第2面)為負焦距，焦距大小為-153. 76mm，材料為低折射率(n632.8 = 1.48598， !1632.8即632.8nm波長時的折射率)的QK3玻璃，第二片(即第3面和第4面)和第三片 (即第5面和第6面)為正焦距，焦距大小分別為193. 73mm和231. 47mm，材料均為高折射 率(n632.8 = 1. 79992， n632.8即632. 8nm波長時的折射率)的ZF7玻璃。各個面的通光口徑 依次為67. 43mm、88. 27mm、94. 94mm、101. 6990mm、137. 10mm、140. OOmm。各組透鏡的參數滿 足^ < f2 < &，& << R2，R3 < R4，R5 >> Re，式中4，f2，f3分別為透鏡1，2，3的焦距，&， R2， R3， R4， R5， R6分別為表面1 6的曲率半徑。這樣設計的目的是實現大視場角散射光的 無漸暈收集，在保證中心視場角散射光(5°視場角以內)的成像質量近似衍射極限的同時 盡量減小場曲，最大限度的提高大視場角散射光的成像質量；同時通過合理的控制畸變，減 小光電檢測器的尺寸，降低其加工成本和難度。所有表面都鍍有氟化鎂入/4增透膜，目的 是為了減少各表面的反射光和鏡片本身所產生的散射光。 由氦氖激光器發出的激光經準直擴束裝置后，通過調節可變光闌可以得到直徑為
6 8mm能量均勻的圓形光斑。準直后的光束照射到測試窗33內，經待測試樣的散射后通
過匯聚透鏡收集散射光，這里要求測試窗33的沿光路方向的中心位置距離會聚透鏡第1面
的距離小于28mm，目的是為了配合聚焦透鏡進行無漸暈收集大視場散射光。 經過匯聚透鏡的散射光都將匯聚到會聚透鏡的焦平面上。在焦平面上的散射光投
影像高和散射光角度的理論關系式為h = f*n*tan( e /2)，其中h為理論像高，f為聚焦透
鏡的焦距，n為分散介質的折射率，這里分散介質為空氣，n取l， 9為散射角。這里需要注意的是由于散射光通過透鏡的過程中會產生畸變，因此實際像高和理論像高的關系可以用 下式表示h' = -1. 091e—"*h5+l. 858e—8*h4-8. 379e—6*h3+8. 837e—5*h2+0. 9989*h+5. 189e—3，其 中h'為實際像高。 激光器31發出的主光束經過測試窗33，聚焦透鏡入射到散射光檢測器的中心小 孔351中，由小孔351后面的對中檢測器接收，該信號主要用于光路對中。散射光信號由散 射光檢測器來接收，該探測器由一系列硅光電池陣列組成，其結構如圖5所示，中心是一個 直徑為45 i！ m的小孔351，在小孔351的四周分布著對稱的四個三角形檢測器352，作為初 步對中標志；小孔351的左右兩側交叉排列著38個60°的扇形探測器353，然后在其左右 對稱連續排列6對30。扇形探測器354，最外邊單側連續排列12個等高的扇形探測器。探 測器的對中通過單片機控制高精度的三維電動平移臺來控制，使主光束精確通過散射光探 測器的中心小？L。通過大口徑聚焦透鏡和多通道光電探測器的設計使本系統的測量范圍達 到0. 3 500 ii m，充分滿足煤粉細度測量的粒度范圍。 激光器可以用半導體激光器或光纖激光器來替代，每種激光器都有各自的利弊， 可以根據實際情況進行選擇。 準直擴束裝置可以選用很多種不同的透鏡組合實現，只要滿足公式要求和實際的 結構要求即可。 聚焦透鏡的基本目的是一樣的，針對不同的產品有不同的設計要求，而且針對同 一產品的要求也可能出現多種不同的設計方案，替代性很強。 探測器的結構是根據聚焦透鏡來設計的，本探測器只針對本設計中的聚焦透鏡有 效。(三)數據分析處理系統 各光電探測器通過與之相連的信號采集41和處理電路輸出到計算機中，在 計算機中裝有相應的分析軟件。該分析軟件在功能上包括對DL/T567.5-95和GB/T 19077. 1-2008兩個標準要求的所有參數進行分析計算，更加詳細的給出煤粉細度的測量結 果。 以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求一種煤粉細度測量裝置，其特征在于包括有振蕩進樣器、旋風分散裝置和激光檢測裝置，所述旋風分散裝置由真空發生器、旋風分散器和消減漩渦氣流的整流裝置依次連接而成，所述振蕩進樣器的出口與真空發生器連通，所述整流裝置與激光檢測裝置中的測試窗連通。
2. 根據權利要求1所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述旋風分散裝置還包括有集塵裝置，所述集塵裝置連接在測試窗的下方。
3. 根據權利要求1所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于該煤粉細度測量裝置還包括有數據分析處理裝置，所述數據分析處理裝置包括有與激光檢測裝置上光電檢測器陣列信號連接的信號采集電路，以及與所述信號采集電路電連接的單片機裝置。
4. 根據權利要求1所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述整流裝置由柱狀圓管和柱狀方管連通而成，所述柱狀圓管與旋風分散器連通，所述柱狀方管與測試窗連通。
5. 根據權利要求4所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述柱狀圓管的直徑為4mm，長度為50mm ;所述柱狀方管為30mmX4mm，長度為50mm。
6. 根據權利要求1所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述激光檢測裝置中的傅里葉變換透鏡是由兩片不同彎月形的透鏡和一片雙凸透鏡依次排列組成，所述兩片彎月形透鏡的所有曲面以及雙凸透鏡的一個曲面均為負曲率面，所述兩片彎月形透鏡的凹面和雙凸透鏡的正曲率面朝向測試窗。
7. 根據權利要求6所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述中間的彎月形透鏡和雙凸透鏡的焦距分別為193. 73mm和231. 47mm，另一個彎月形透鏡的焦距為-153. 76mm。
8. 根據權利要求6所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述中間的彎月形透鏡和雙凸透鏡均采用折射率11632.8 = 1. 79992的ZF7玻璃制作而成；所述另一個彎月形透鏡采用折射率n632.8 = 1. 48598的QK3玻璃制作而成。
9. 根據權利要求6所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述兩片彎月形的透鏡和雙凸透鏡的曲面的曲率半徑依次為R" R2， R3， R4， R5， Re，其中<< R2， R3 < R4， R5 >> R6。
10. 根據權利要求1所述的煤粉細度測量裝置，其特征在于所述激光檢測裝置中的光電探測器由一系列硅光電池陣列組成，中心是一個直徑為45ym的小孔，在小孔的四周分布著對稱的四個三角形檢測器；小孔左右兩側交叉排列著38個60。的扇形探測器，然后在其左右對稱連續排列6對30°扇形探測器，最外邊單側連續排列12個等高的扇形探測器。
專利摘要本實用新型公開一種煤粉細度測量裝置，包括有振蕩進樣器、旋風分散裝置和激光檢測裝置，所述旋風分散裝置由真空發生器、旋風分散器和消減漩渦氣流的整流裝置依次連接而成，所述振蕩進樣器的出口與真空發生器連通，所述整流裝置與激光檢測裝置中的測試窗連通。本實用新型中煤粉經振動進樣器以及旋風分散裝置的作用，得到充分地分散，從而提高了檢測的準確性和重復性；而整流裝置限制了氣流的發散角較小，增大了測量范圍和精度。
文檔編號G02B13/00GK201477022SQ20092016269
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者王睿, 羅華東 申請人:長沙東星儀器有限責任公司