一种研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置及使用方法

本发明涉及一种研究单颗粒测试和表征的实验装置及使用方法，尤其涉及一种研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置及使用方法。

背景技术：

1、在食品和药品科学等粉体技术领域，单颗粒的吸湿、吸潮和结块研究是一项关键技术，能够揭示颗粒间相互作用的微观机制，并为新型材料和产品的开发提供理论支持。

2、食品科学领域中，单颗粒的吸湿、吸潮和结块研究主要集中在食品加工、储存及其功能性成分的释放与稳定性等方面。传统对吸湿、吸潮和结块的研究方法，如比表面积测定和吸湿等温线法，主要基于宏观尺度上的测量，难以精确刻画单颗粒的微观吸湿行为。近年来，随着高分辨率成像技术和传感器技术的发展，如原子力显微镜(afm)、扫描隧道显微镜(stm)等，为单颗粒的吸湿、吸潮和结块研究提供了新的工具。然而，这些设备通常价格昂贵，操作复杂，限制了其在常规实验室中的广泛应用。

3、在实际应用中，食品和药品常处于复杂的溶液环境下。在这些环境中，颗粒的吸湿、吸潮和结块行为会受到环境中离子强度、ph值、温度等多种因素的影响。研究单颗粒在不同湿度环境中的吸湿、吸潮和结块行为，不仅可以揭示其在不同的湿度环境下的稳定性和功能特性，还可以为食品加工和贮藏技术提供理论依据。

4、因此，开发一种能够在不同湿度环境中精确测量和观察单颗粒吸湿、吸潮和结块行为的实验装置，具有重要的科学意义和应用价值。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够在不同湿度环境中精确测量和观察的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置；

2、本发明的第二个目的是提供上述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置的使用方法。

3、技术方案：本发明所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，包括箱体、用于拍摄箱体内实时动态的相机；所述箱体内设有实时监测箱体内的环境参数的温度传感器和湿度传感器；所述箱体内设有分别用于固定待检测颗粒的可移动料杆和固定料杆，所述可移动料杆和固定料杆的其中一端处于相对的位置，该相对的一端分别用于固定待检测颗粒；所述可移动料杆或固定料杆处于相对位置的一端设有用于检测颗粒之间压力的压力传感器；所述箱体内设有用于控制箱体内湿度环境的湿度发生装置和用于控制温度的加热装置；所述相机、温度传感器、湿度传感器分别与控制机构连接。

4、其中，所述可移动料杆固定于滑台装置上，所述滑台装置包括与控制机构连接的驱动电机，与驱动电机输出轴连接的螺杆机构，所述螺杆机构上设有可随螺杆机构转动而移动的滑块，所述可移动料杆固定于滑块上。

5、其中，所述滑块下方设有供滑块移动的导轨。

6、其中，所述固定料杆通过固定装置固定于箱体内；所述固定装置为固定支架。

7、其中，所述箱体上方两个侧壁之间设有支撑架，所述支撑架上设有固定板，所述固定板开有透气孔，所述可移动料杆和固定料杆设置于固定板上；优选的，滑台装置与固定装置安装在固定板上，可移动料杆与滑台装置连接，固定料杆与固定装置连接。

8、其中，所述湿度发生装置为可挥发饱和蒸汽的饱和无机盐溶液，所述箱体底部设有斜梯，所述斜梯沿坡度方向间隔设有用于分散饱和无机盐溶液未溶解颗粒的挡板；所述斜梯与加热装置相连接。

9、其中，所述加热装置包括加热板、位于加热板下方设有与饱和溶液接触用于将热量传递到饱和溶液的耐腐蚀金属柱、处于箱体外部用于控制加热板温度的加热控制器。

10、其中，所述箱体为透明材质，便于相机对箱体内部进行拍摄。

11、其中，所述控制机构为计算机，所述相机与计算机连接用于控制相机拍照，所述温度传感器、湿度传感器分别与计算机连接用于将采集到的温度和湿度数据实时传输到计算机上并存储；所述计算机设有用于当检测到的温度和湿度未在目标范围内而进行警报的警报模块。

12、上述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置的使用方法，包括以下步骤：

13、向箱体内加入饱和溶液，启动加热装置，待温度和湿度达到预定的温度和湿度后，将待检测的两个单颗粒分别固定于可移动料杆和固定料杆相对的一端端部；然后启动滑台装置，通过滑台装置将一个单颗粒移动至另一固定单颗粒处；

14、利用压力传感器测量两个单颗粒之间的接触力，以测得的接触力确定单颗粒物是否处在合适位置；通过温度传感器和湿度传感器实时监测箱体内的环境参数；

15、实验过程中，相机记录单颗粒变化过程；相机通过计算机控制，实时拍摄和存储实验过程中的影像数据；

16、实验结束后，通过分析压力传感器、温度传感器、湿度传感器和相机记录的数据，获取单颗粒的吸湿、吸潮和结块行为信息。

17、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：本发明装置能够在可控的温度和湿度环境下，精确测量和记录粉体单颗粒在不同湿度环境中的吸湿、吸潮和结块行为，为粉体的功能性应用研究提供了理论基础和数据支持。装置结构设计合理，操作简便，适用于食品与药品科学等粉体技术领域的研究。

技术特征：

1.一种研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，包括箱体、用于拍摄箱体内单颗粒吸湿情况实时动态的相机(1)；所述箱体内设有实时监测箱体内的环境参数的温度传感器(14)和湿度传感器(15)；所述箱体内设有分别用于固定待检测颗粒的可移动料杆(12)和固定料杆(2)，所述可移动料杆(12)和固定料杆(2)的其中一端处于相对的位置，该相对的一端分别用于固定待检测颗粒；所述可移动料杆(12)处于相对位置的一端设有用于检测颗粒之间压力的压力传感器(13)；所述箱体内设有用于控制箱体内湿度环境的湿度发生装置和用于控制温度的加热装置；所述相机(1)、温度传感器(14)、湿度传感器(15)分别与控制机构连接。

2.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述可移动料杆(12)固定于滑台装置(11)上，所述滑台装置(11)包括与控制机构连接的驱动电机，与驱动电机输出轴连接的螺杆机构，所述螺杆机构上设有可随螺杆机构转动而移动的滑块，所述可移动料杆(12)固定于滑块上。

3.根据权利要求2所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述滑块下方设有供滑块移动的导轨。

4.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述固定料杆(2)通过固定装置(4)固定于箱体内。

5.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述箱体上方两个侧壁之间设有支撑架(6)，所述支撑架(6)上设有固定板(5)，所述固定板(5)开有透气孔，所述可移动料杆(12)和固定料杆(2)设置于固定板(5)上。

6.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述湿度发生装置为可挥发饱和蒸汽的饱和无机盐溶液，所述箱体底部设有斜梯(10)，所述斜梯(10)沿坡度方向间隔设有用于分散饱和溶液未溶解的颗粒的挡板(9)；所述斜梯(10)与加热装置相连接。

7.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述加热装置包括加热板(7)、位于加热板(7)下方设有与饱和无机盐溶液接触用于将热量传递到饱和无机盐溶液的耐腐蚀金属柱(8)、设于箱体外部用于控制加热板(7)温度的加热控制器。

8.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述箱体为透明材质，便于相机(1)对箱体内部进行拍摄。

9.根据权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置，其特征在于，所述控制机构为计算机，所述相机与计算机连接用于控制相机拍照，所述温度传感器(14)、湿度传感器(15)分别与计算机连接用于将采集到的温度和湿度数据实时传输到计算机上并存储；所述计算机设有用于当检测到的温度和湿度未在目标范围内而进行警报的警报模块。

10.一种权利要求1所述的研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种研究粉体单颗粒吸湿结块特性的实验装置及使用方法，该装置包括箱体、用于拍摄箱体内单颗粒吸湿情况实时动态的相机；箱体内设有实时监测箱体内的环境参数的温度传感器和湿度传感器；箱体内设有分别用于固定待检测颗粒的可移动料杆和固定料杆，可移动料杆和固定料杆的其中一端处于相对的位置，该相对的一端分别用于固定待检测颗粒；可移动料杆处于相对位置的一端设有用于检测颗粒之间压力的压力传感器；箱体内设有用于控制箱体内湿度环境的湿度发生装置和用于控制温度的加热装置；相机、温度传感器、湿度传感器分别与控制机构连接。本发明在可控的温度和湿度环境下，精确测量和记录单颗粒在不同温度与湿度环境中的吸湿、吸潮和结块行为。该装置操作简便，观测直观，为粉体的功能研究和应用开发提供了可靠的实验数据支持，具有广泛的应用前景。技术研发人员：南文光,周志博,王苏情受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14