[实用新型]一种超声粒径分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及颗粒粒径测量的技术领域，尤其是指一种超声粒径分析仪。 

背景技术

在许多工业部门中与细微颗粒密切相关的技术问题有待解决：如涂料中的颜色颗粒，其粒度对涂料的着色力，遮盖力，成膜能力及稳定性有着很大的影响等等。颗粒粒径的测量是其中最基本的也是最重要的一个方面。除此之外，对颗粒浓度的测量也很重要。 

目前常用的颗粒粒径测量的方法有：筛选法、显微镜法、全息照相法、电感应法、沉降法和光散射法。上述测量方法中多数都需要取样进行测量，虽然光散射法可以用于在线测量并具有测量速度快，容易进行数据处理等优点。但是另一方面由于光的穿透性弱，采用光散射法测量需要控制测量的条件，尤其是被测颗粒的浓度。利用超声对颗粒进行测量，不但具有光散射法的种种优点，而且由于声波可以穿透大多数物质，可以在有色甚至是不透明的物质内进行传播，因此超声测量是一种无需稀释、快速、可靠的在线颗粒粒径分布测量技术。 

人耳可听见的声波频率从20Hz到20KHz。低于20Hz的声波被称为次声波，高于20KHz的声波称为超声。超声在原理上的特征与可听见的声波相类似。它是一种机械振动波。当超声在传播的过程中遇到颗粒其能量会有损失，称为衰减。主要原因有：吸收损失，散射，粘性损失，热损失和电声损失等。不同的损失机理可以通过定义一个总的衰减系数α_T来作为各种衰减的总和： 

α_T＝α_visc+α_therm+α_intr+α_sca

而总的衰减系数α_T可以通过测量，计算得到： 

α_T＝-1/l ln(p/p₀) 

其中l是超声传播的距离，p₀是初始的超声振幅，p是传播l距离后的超声 振幅。而衰减系数α_T与颗粒大小和浓度的关系，已有许多模型针对不同的条件进行了描述。其中代表性的模型有：ECAH模型(Epstein and Carhart 1953；Allegra and Hawley 1972)，Foldy模型(Foldy 1945)；Waterman and Truell模型(Waterman and Truell 1961)，Lloyd and Berry模型(Lloyd and Berry 1967)，Harker and Temple 模型(Harker and Temple 1988；Harker,Schofield et al.1991)，Evans and Attenborough模型(Evans and Attenborough 1997)，核壳模型(Povey 1997；Challis,Povey et al.2005)，Dukhin and Goetz模型(Dukhin and Goetz 1996；Dukhin and Goetz 2002)，Urick模型(Urick 1947)和Urick and Ament模型(Urick and Ament1949)。 

有关利用超声来测量在悬浮液中颗粒粒径分布的专利(和设备)国外已经有很多报道了。第一篇有关应用超声来测量颗粒粒径分布的专利是由安德森和卡斯曼等人在1973年提出的。专利包括了使用两个不同频率的超声波束的技术。从那以后，出现了很多与超声相关的专利，其中包括Andersson,Kahara et al.(1983),(Riebel 1987),Alba(1991),Dukhin and Goetz(2000)；Dukhin and Goetz(2002)和Prakash,Shukla et al.(2012)。其中大多数专利在运用衰减普来测量粒径分布是和Shukla等(2012)人的方法非常相似，都采用了脉冲信号。不同的是对于信号的处理方法。而且在以上所有的专利中，利用超声来测量粒径分布都有如下的不足： 

1、现有的超声硬件通常没有利用超声无损探测的优势并且通常需要采样或者增加很长的流程来测量。 

2、缺乏一种模型来正确描述在不同的材料，声音频率和分散相浓度中超声的相互作用，现有的模型要么仅适用于长波段的情况，或者在低浓度的情况。 

3、衰减谱的反演涉及到有多个高度非线性本地解的优化问题的求解，这类问题往往没有普通解。