Способ определения радиуса капилляра Советский патент 1986 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения радиуса микроотверстия в стенке закрытой емкости.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности путем устранения влияния величины давления и фона паров жидкости на результаты измерений.

В основе способа лежит тот факт, что в процессе истечения (испарения) жидкости через капилляр происходит конкуренция двзос процессов:

подвод жидкости из полости емкости в сквозной капилляр по известному соотношению Пуазейля

(,

где m - количество истекшей жидкости через капилляр; г - радиус капилляра; Е - длина капилляра; h - вязкость жидкости; йР - избыточное Давление в емкости по отношению к атмосфере;

РЛ - капиллярное давление жидкости,

испарение жидкости из полости капилляра в атмосферу по известному соотношению Фика

.-PZ

(2

где т - скорость испарения жидкости

с поверхности; Рнас. давление нacьш eнныx паров

жидкости;

Р- - давление паров жидкости на расстоянии от поверхности испарения.

В случае, если в жидкости растворены нелетучие вещества (соли и. др. соединения), то процесс испарения с ее зеркала, находящегося в полости капилляра, замедляется. При этом верхний слой зеркала жидкости насыщается солями. Они накапливаются в капилляре, уменьшают зеркало ис- парякяцёйся в капилляре жидкости, ухудшают испарение жидкости из капил ляра и нарушают равновесие ., т.е. количество поступающей в капилляр жидкости будет больше количества испаряющейся с открытого зеркала жидкости т в полости капил ляра. Это приводит к смещению положения зеркала жидкости в сторону

выхода в атмосферу (вплоть до выхода, зеркала жидкости из полости канала). Пленка солей за счет перепада дав ления жидкости на канале капилляра

выталкивается из полости капилляра; зеркало жидкости освобождается от солей и вновь открыто для испарения. Этим моментам соответствуют максимальные скорости испарения жидкости .

из капилляра.

Затем за счет большой скорости испарения- зеркало жидкости вновь возвращается вглубь канала и начинается процесс накопления солей в полости канала. Минимальная скорость испарения соответствует накоплению в паре максимального количества нелетучих составлякшщх, т.е. процесс испарения будет пульсирукмцим.

Для наступления пульсирующего режима истечения жидкости необходимо . выполнить условие испарения жидкoctи в полости капилляра

,(3)

Т.е. скорость испарения жидкости т за счет испарения с поверхности должна быть больше скорости подвода жидкости в капилляр т за счет перепада давления.

Это легко обеспечить подачей жидкости в полость капилляра под задан ным давлением, -которое выбирают исходя из условия (3), т.е.:

|(aF.

/г

2 .

(4)

Как следует из уравнения (2), скорость испарения жидкости зависит от площади зеркала жидкости в капилляре , т.е. от радиуса капилляра, что определяет зависимость амплитуды колебаний скорости испарения от величины радиуса микрокапилляра, т.е. при прочих равных условиях скорость испарения жидкости будет ,тем больше, чем больше радиус.

Способ осуществляют следукнщм образом.

Насьш;ают жидкость малорастворимыми труднолетучими составляющими и подают жидкость в емкость под избыточным давлением до наступления линейного характера расхода жидкос-ти, затем снижают перепад давления жидкости в капилляре до значения, при котором наступает пульсирующий характер скорости испарения жидкости, .фиксируемой газоанализатором или

другими средствами. Снимают кривую скорости испарения жидкости (раствора), например, по количеству вьщеляю щегося газа в зависимости от времени затем из калибровочного графика, построенного заранее с использованием набора капилляров с известными радиусами, по высоте амплитуды пульсаций определяют радиус капилляра.

Пример. В испытательную емкость устанавливавшись образцы со сквозными капиллярами радиусами 0,2 и 1,1 мк. Емкость заправлялась азотной кислотой с содержанием в ней азотнокислых солей 1 10 %, повышалось давление в емкости до избыточ ного давления 5 кгс/см и снимались кривые скорости испарения (расхода) жидкости через каждый капш1ля:р. Измерение скорости испарения азотной кислдты производилось по окислу NOj, чувствительность метода определения составляла 0,02 мкг или Для повышения надежности измерения концентрации паров N0} производилось накопление количества NOj в анализируемом объеме поглотительного раствора в течение 15- 60 с путем последовательного пропусканий потока нейтрального газа над капилляром и через поглотительньй

паров N02 2-10 .г.

Составитель А.Сощеев Редактор В.Ковтун Техред И .Бонкало Корректор М.Шарощи

Заказ 4116/41Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открь1тий 113035,-Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4.

раствор. При этом анализируемые количества NO, в растворе поглотителя составляли 2-10 г/с. 15 с 0,3 Ч О г, что более чем на 1-2 порядка больше чувствительности выбранного метода анализа. На образце с радиусом 0,2 мк амплитуда скорости испарения азотной кислоты составляла-vl,5х , на образце с радиусом 1,1 мк амплитуда скорости испарения составляла ,5

.

Формула изобретения

Способ определения радиуса капилляра, заключающийся в заполнении гер метичной e iкocти, сообщенной капилляром с атмосферой, жидкостью и измерении СКОРОСТИ испарения жидкости через капилляр, отличающий- с я тем, что, с. целью расширения области применения и повьппения точности способа путем устранения влияния величины давления и фона паров контрольной жидкости на результаты измерений, емкость заполняют жидкостью с растворенными нелетучими составляющими до давления, обеспечивающего пульсирующий характер испач рения жидкости, и измеряют амплитуду пульсации скорости испарения, по которой определяют радиус капилляра.

Способ определения радиуса капилляра может быть использован для определения радиуса микроотверстия в стенке закрытой емкости и позволяет устранить влияние величины давления и фона паров жидкости на точность определения. Способ заключается в заполнении герметичной емкости, сообщенной капилляром с атмосферой, жидкостью и измерении скорости испарения жидкости через капилляр. При .. этом емкость заполняют жидкостью с растворенными нелетучими составляющими до давления, обеспечивакмцего пульсирующий характер испарения жидкости . Радиус капилляра определяют по амплитуде пульсаций скорости испарения . tc 4 М