散体物料孔隙率测定装置设计与试验

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．031*散体物料孔隙率测定装置设计与试验李长友方壮东麦智炜(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642)摘要:为了提高散体物料孔隙率检测精度及可靠性，基于理想气体状态方程，按照气体置换法，研制了一种定容型散体物料孔隙率的快速测定装置，开发了自动检测控制系统。在设定的0.1～0.4MPa测量范围内，采用可精确测得其体积且形态各异的标准不锈钢球体、塑料四棱柱体、鹅卵石以及细石子的试验结果发现

2、，系统的充气压力越高，测量误差相对越小且重复性越好。采用标准不锈钢球体与圆柱体，在孔隙率分别为16.02%、25.14%、35.57%、49.05%、58.42%、67.79%、76.57%、85.36%、94.14%的标准条件下，给出了补偿系数的计算式。在样品填充率分别为25%、50%、75%、100%，充气上限压力为0.4MPa的试验条件下，检测湿基含水率为13.5%的稻谷的试验结果显示，测量误差极差为0.3%，证实了测量结果的可靠性。关键词:散体物料孔隙率测定装置设计试验中图分类号:TS210.1文献标识码:A文章编号:100

3、0-1298(2014)10-0200-07时，一些颗粒有着粗糙带毛的外表面、不规则的孔隙引言和褶皱，在常压下会因液体较大的表面张力而无法孔隙率是物料在充填、输运、仓储、干燥等过程完全充满整个孔隙，造成测量偏差较大，应用面较［15－17］中的基本物理特征参数之一，也是工程设计、装备工窄。气体置换法是基于理想气体状态方程，检艺评价及产品分析中不可缺少的最基本的原始数据测孔隙率的有效方法之一，其测定装置主要有定容［18－20］［21］［22］和重要的工程参数［1－4］。散体物料种类繁杂、物质型、变容型和比较型。现行测量方法需要多次改变测

4、量工况参数，来换算物料的实际体积，组态差异极大，尤其是非均匀散体农业物料。在粮精度较高的测量范围为物料真实体积占样品容器容食干燥机设计及其产品分析中若用统一的形状和尺积的40%～70%。在测定不同散体物料时需要更寸等基本物理参数得到的物料流变特性、运动特征、换不同容积的样品容器。传感器误差、零部件加工动力学特性以及热质传递特性，来解析粮食在干燥误差、气体泄漏以及物料填充率等都会影响气体置机内的架桥现象、仓储效应时往往与实际情况存在［23］［5－8］换法的测量精度与可靠性。为消除测定过程变较大的差异。用不同测定方法和表示方法所得工况参

5、数与物料填充率对测定结果的影响，提高测数值可比性较差。如物料的干燥过程以及受到外部量精度及可靠性，拓展测量范围，本文基于理想气体载荷作用时，自身的组态发生变化，孔隙率也随之改［24］状态方程测试原理，设计一种一次加压恒定条件变，进而影响其流动特征、力学特性及热质传递过下，得到散体物料孔隙率的定容型测定装置，实现测［9－12］程。快速可靠地测量散体物料在不同工况下定过程的自动控制与数据自动采集。针对不同测定的孔隙率，是目前物性测量领域研究较为薄弱的环工况，利用不同形态的散体物料考证其测量精度。节之一。在恒定条件下利用表面致密的高精度钢

6、球对测定装测定物料孔隙率的方法有液体置换法和气体置置进行校准，消除填充率对测量精度的影响，并通过换法。液体置换法是利用不与物料发生化学反应的稻谷试验证实其检测精度与可靠性。液体如水、水银、二甲苯、水-乙醇混合物等来置换物1测定装置工作原理和总体设计料自身或堆积形成的空隙，通过测定物料的真实密［13－14］度间接计算出孔隙率。对有较强吸湿性的散1.1工作原理体物料，液体置换法存在吸收置换液的潜在可能;同孔隙率测定装置工作原理如图1所示，容器A收稿日期:2014-05-15修回日期:2014-07-02*国家自然科学基金资助项目(313

7、71871)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20114404110021)和广东省产学研资助项目(2012B091000135)作者简介:李长友，教授，博士生导师，主要从事农业装备技术研究，E-mail:lichyx@scau．edu．cn第10期李长友等:散体物料孔隙率测定装置设计与试验201设计为近似于εV1，这样，式(5)简化为Vkp1－p2=ε=(6)Vp21.2测定系统设计容器A与容器B的加工精度、气密性以及人为读数操作引入的误差等皆会影响测量精度。本装置通过结构上的承压密封设计与电控系统来确保装置密封性和杜绝人

8、为操作引入的误差。图1孔隙率测定装置原理图1.2.1测定装置结构设计Fig．1Schematicdiagramofporositymeasuringdevice为使测定装置能消除管道引入误差和有足够的1．节流调速阀2．单向阀3．容器A