[发明专利]一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种粒子环境模拟系统，更具体地说，涉及一种具有粒子运动摩擦带电 测量功能的粒子环境模拟系统。

背景技术

粒子环境作为一种典型的服役环境，正在日益影响着人们的生产生活，空气中悬浮 的微尘粒子对机械设备，特别是精密机械，如磁头磁卡系统、空气轴承的服役情况和寿命产 生了很大的影响，因此，机械设备的设计与应用不得不考虑粒子环境对设备服役状态的影 响。粒子环境中粒子之间的相互运动摩擦产生的静电会在局部形成很强的静电场，已有的研 究表明粒子环境中的静电场会对高压送电及微波传输等产生严重的不良影响。但是，粒子环 境中的带电荷粒子和静电场对机械系统摩擦学特性的影响还不清楚。

现有模拟粒子环境主要是在风洞中利用强风形成大面积的模拟沙尘环境，利用该模 拟环境可以研究整个机械系统在沙尘环境中的磨损情况及使用寿命；但是，对于研究带电粒 子侵入摩擦副表面引起的摩擦磨损性能的变化及电磁性能的变化，则需要在较小腔体内形成 稳定可控的模拟粒子环境以方便研究，而研究带电微粒子对空气轴承的影响则要求形成具有 一定压力的含粒子气流。因此，搭建空气压力可调的模拟粒子环境，并能够控制环境中粒子 相互作用，测量粒子相互运动摩擦的带电情况，对研究粒子环境下机械系统的摩擦学特性具 有重要意义，可为机械系统设计改进提供参考。

发明内容

鉴于上述研究需要，本发明的目的在于提供一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的 粒子环境模拟系统，它能够模拟具有一定正压力、不同紊流程度的粒子环境，并能够对粒子 环境模拟装置中的粒子的带电情况进行测量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，其特征在于，包括粒子 环境模拟装置和粒子运动摩擦带电测量装置； 所述粒子环境模拟装置包含洁净气流总管路、水平放置的圆柱状粒子环境模拟腔、与粒子环 境模拟腔径向入口连通的扰流管路、与粒子环境模拟腔的轴向出口连通的粒子收集腔、与粒 子环境模拟腔的轴向入口连接的粒子供应管路、与粒子供应管路水平连通的主气管路、与粒 子供应管路垂直连通的粒子进给机构，粒子进给机构具有粒子腔供气管路，所述洁净气流总 管路分别连通主气管路、扰流管路、粒子进给机构的粒子腔供气管路； 所述粒子运动摩擦带电测量装置包含电荷放大电路，以及电连接电荷放大电路并轴向设置在 粒子环境模拟腔内的探针。

本发明的进一步改进和特点在于： (1)所述粒子进给机构包含粒子腔，设置在粒子腔内粒子漏斗；所述粒子腔的上入口连通 粒子腔供气管路，下出口连通粒子供应管路。

(2)所述粒子供应管路通过三通管件分别与主气管路水平连通、与粒子进给机构垂 直连通；所述三通管件与主气管路水平连通的管道部分沿进气方向先收缩后扩张。

(3)所述粒子环境模拟腔轴向设置有多个径向入口，所述扰流管路分多路连通的所 述多个径向入口，所述多个径向入口相互错开。

(4)所述主气管路、扰流管路、粒子进给机构的粒子腔供气管路分别沿各自的气流 方向依次设置有单向节流阀和压力阀。

(5)所述探针的迎流端设置有金属球。所述电荷放大电路采用CA3140芯片实现。

本发明具有粒子运动摩擦带电测量功能的粒子环境模拟系统，具有如下有益效果： (1)能够形成均匀稳定的具有一定正压力的粒子环境。洁净气流总管路可由空气压缩机供 应稳定的气流，粒子供应机构送出的气体-粒子二相流混合，经三通管件整流进入粒子环境 模拟腔内，形成一种稳定而均匀的且具有一定正压力的粒子环境。

(2)粒子环境模拟腔内气流流速、粒子浓度、紊流程度可调。粒子环境模拟腔内 的气流流速可以通过三路管路(粒子进给机构具有粒子腔供气管路、主气管路、扰流管路) 上的压力阀与单向节流阀控制；粒子浓度通过更换粒子腔内不同口径大小的漏斗调节粒子供 应速率控制；粒子环境模拟腔内气流紊流程度通过改变扰流管路与主气管路的流量比控制。

(3)粒子运动摩擦带电测量装置的精度很高。电荷放大电路采用CA3140芯片，该 芯片自身偏置电流典型值为10pA，约比探针测量到的电流低2-3个数量级，从而保证了测 量误差在1％以内。

附图说明