Способ контроля параметров дисперсных твердых,сыпучих и жидких материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N27/22 

to

20

где

Изобретение относится к неразруающему контролю параметров дисперсых твердых, сыпучих и жидких материаов и может быть использовано для пределения концентрации, состава и орм связи дисперсной фазы в контроируемом материале,

Целью изобретения является повьппе- ние точности контроля параметров дисперсных твердых, сыпучих и жидких материалов.

На фиг,- 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предложен- ньш способ; на фиг. 2 - амплитудно- частотная (АЧХ) и фазочастотная .(ФЧХ) характеристики дисперсного материала.

Устройство содержит генератор 1 пилообразного развертывающего напряжения, автоматический переключатель 2, генератор 3 регулируемой частоты, источник 4 постоянного напряжения, мультивибратор 5, измерительную ячейку 6 с исследуемым материалом, линейный детектор 7, амплитудный ограничи-25 именно тель 8, синхронный детектор 9, блок 10 задержки и регистраторы 11 и 12.

Автоматический переключатель 2 задает два режима работы генератора 3. В режиме снятия АЧХ и ФЧХ на управляемый вход генератора 3 подается непрерывное пилообразное напряжение с генератора 1 при фиксированной начальной рабочей точке от источника 4, в режиме частотного манипулирования на вход генератора 3 подаются калибровочные управляющие импульсы от мультивибратора 5. Напряжение с выхода датчика 6 поступает на два канала регистрации: АЧХ - линейный детектор 7, регистратор 11; ФЧХ - амплитудный ограничитель, синхронный детектор 9, регистратор 12.

Исходный материал без дисперсной фазы, помещенный в ячейку 6, дает практически равномерную АЧХ и линейную ФЧХ. Наличие дисперсной фазы в вдце включений, добавок, примесей, растворов, взвесей и т.п. изменяет форму частотных характеристик дисперснчх материалов. В зависимости от концентрации дисперсной фазы возникают отклонения ординат АЧХ от постоянного значения в области высоких частот. Наиболее информативные изменения АЧХ имеют место в зоне дисперсии электрофизических параметров, определяющих частотные свойства датчика с исследуемым мат дисперс определ ческой высоких ционны не дисп диэлект максиму порцион Аналоги ность в

дах, а в ферро териала

Возр в зоне ет лине цию о с ной фаз чи изме дисперс вить в

К.

30

35

40

4 (о))

Ч () о)

45

50

Спо разом.

Дат диспер нейно и ФЧХ. альных Kj(tO уровню

верхню

ную uJ

два ча частот участк от uJj, опреде

55

ДОи)

рому у каждом N. точе по час лов со частот значен

мым материалом. В диэлектрических дисперсных материалах зона дисперсии определяется уменьшением диэлектрической проницаемости среды в области высоких частот вследствие релаксационных процессов. Одновременно в зоне дисперсии наблюдается увеличение диэлектрических потерь, достигающих максимума при частоте, обратно пропорциональной времени релаксации. Аналогично изменяются электропроводность в проводящих материалах и сре

именно

дах, а также магнитная проницаемость в ферромагнитных и парамагнитных материалах и веществах.

Возрастание релаксационных потерь в зоне дисперсии существенно изменяет линейную форму ФЧХ и дает информацию о составе и формах связи дисперсной фазы. Поэтому коэффициент передачи измерительной схемы с исследуемым дисперсным материалом можно представить в виде комплексного числа К, а

где

5 именно

К..0

5

0

4 (о))

Ч () о)

5

0

)е , модуль коэффициента передачи низкой частоте, зависящий от геометрических размеров датчика, электрических свойств материала и параметров измерительной схемы; нормированная АЧХ; ФЧХ;

круговая частота. Способ реализуется следующим образом.

Датчик 6 заполняют исследуемым дисперсным материалом и в режиме линейно меняющейся частоты снимают АЧХ и ФЧХ. На фиг. 2 изображены АЧХ в реальных амплитудных соотношениях Kj(tO)l и ФЧХ - Ч (о)) . На АЧХ по уровню значимости 0,9 К определяют

верхнюю граничную иЗ„ и нижнюю граничвную uJ частоты. После этого вьщеляют

два частотных диапазона. Диапазон частот I соответствует плоскому участку АЧХ и линейному участку ФЧХ от uJj, . Частотный диапазон II определяют в зоне дисперсии от а)д

частоте, соответствующей вто5

ДОи) рому уровню значимости - О,1 К. На каждом частотном диапазоне вьщеляют N. точек, которые делят его на равные по частоте интервалы. Число интервалов соответственно N-1. Каждой точке частотного диапазона I соответствуют значения частот Л, Ц,, i

u) Каждой точке частотного диапазона 1 - значения частот i Jj,,tJ,2 ,и),. ...cx)...u)- (,2... N).

Далее на датчик 6 с исследуемым материалом подают частотно-манипули- рованный сигнал, причем равные по длительности пакеты напряжений имеют частоты Я; и и), соответственно.

Частотно-манипулированный сигнал

прошедший измерительную схему, оказы вается модулированным по амплитуде и фазе.

Измеряют коэффициент амплитудной модуляции га и индекс фазовой моду- ляции дч- . Далее усредняют результаты N измерений и определяют средние значения коэффиь иента амплитудной модуляции -:;j- - и индекса

и

R.

N

средним значениям судят о концентрации дисперсной фазы, а по среднему значению л с.р - о составе и фор мах связи этой фазы.

Концентрация С дисперсной фазы связана линейной зависимостью с коэффициентом амплитудной модуляции в виде

фазовой модуляции лЧ,

По

ср

1где га J, - среднее значение коэффициента амплитудной модуляции , %;

К - коэ |фициент пропорциональности, устанавливаемый экспериментально для исследуемого материала при градуировке устройства. Средний индекс фазовой модуляции или средний угол электрических потерь S(.ft зависит с одной стороны от концентрации дисперсной фазы, а с другой стороны определяется физико-химическими свойствами этой фазы и формами связи ее с исходным материалом (средой). Поэтому при постоянстве концентрации дисперсной фазы (C const) по среднему значению напряжения и , пропорциональному дЧср или (Удр , можно определить изменения в составе и формах связи дисперсной фазы по тарировочным таблицам (Ug - напряжение с выхода амплитудного ограничителя).

В качестве примера рассмотрены частотные характеристики дисперсного материала углеродной суспензии ио- нитов.

5

5

0

0

5

0

5

0

5

Однородным исходным материалом является ионнообменная смола КБ-4П-2, представляющая собой монофункциональ- ньй катионит полимеризационного типа с единственной активной группой-СООН, в которой водород Н замещен ионами кальция Са . Из этой ионнообменной смолы-выделяется нерастворимый порошок полимерной соли, которую увлажняют до 22,2% и смешивают с вазелином. Дисперсионными фазами, кроме исходной смолы, является вода и вазелин. При увлажнении исходной дисперсионной фазы (порошка) влага в нем расп { еделяется равномерно. Объемную долю Са - форму катионита КБ-4П-2 влажности 22,2% в вазелине изменяются от О до 29,7%, что обуславливает существенное изменение формы АЧХ и ФЧХ суспензии. С уменьшением объемной доли зона дисперсии становится менее

отчетливой, вырождаясь в прямую линию, а диэлектрическое поглощение (мнимая составляющая диэлектрической проницаемости) - весьма мало. При увлажнении объемной доли Са - фор- 1 мы катионита КБ-4П-2 от О до 29,1% действительная составляющая комплексной емкости конденсаторного дат .ика, включенного в измерительную схему, изменяется от 40 до 108 пФ, а мнимая составляющая диэлектрической емкости - от 1 до 14 пФ. Поэтому средняя глубина амплитудной модуляции частот- но-манипулированного сигнала изменяется от О до 33,1% при К йО,88, а среднее значение тангенса угла потерь

от 2,5 10 до 9,310 определяется по индексу фазовой модуляции.

Формула изобретения

Способ контроля параметров дисперсных твердых, сыпучих и жидких материалов, заключающийся в том, что снимают амплитудно-частотную и фазо- частотную характеристики измерительной ячейки с исследуемым материалом, определяют зону дисперсии и по результатам измерений в зоне дисперсии и вне ее определяют физические параметры материала, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, определяют первый частотный диапазон, соответствующий плоскому участку амплитудно-частотной характеристики и линейному участку фазочас- тотной характеристики, и второй частотный диапазон, соответствующий зоне дисперсии в области высоких частот, разбивают калодый из диапазонов на N-1 интервалов, воздействуют на измерительную ячейку частотно-манипули- рованными колебаниями, состоящими из пакетов напряжений с частотой Л, из первого частотного диапазона и uJ;

из второго частотного диапазона, где ,2..,N, измеряют коэффициент амплитудной модуляции и индекс фазовой модуляции, по средним значениям коэффициента амплитудной модуляции судят о концентрации, а по среднему значению индекса фазовой модуляции - о составе и формах связи дисперсной фазы.

Изобретение относится к области неразрушающего физического контроля и может быть использовано для послойного определения физических характеристик веществ. Цель изобретения - улучшение точностных и физических характеристик, что достигается новой процедурой измерения. Для определения по амплитудно-частотной и фазочастотной характеристиках частот- ных диапазонов, соответствующих участку плоской фазочастотной характеристике, а также зоне дисперсии, производится разбиение каждого диапазона на N-1 фиксированньк интервалов. На датчик воздействуют частотно-ма- нипулированными колебаниями, причем первая частота соответствует i-й точке первого диапазона, а вторая - i-й точке второго диапазона. Измеряют средний коэффициент амплитудной модуляции и средний индекс фазовой модуляции по N точкам и по этим характеристикам судят о физических характеристиках исследуемого материала. 2 ил. i (Л кэ 00 оо о 00 00

)

Кт.1(а/}

.

агнп

Редактор М.Келемеш

Составитель Ю.Коршунов

Техред Н.Попович Корректор Л.Патай

Заказ 7431/41 Тираж 776Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

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