Способ определения диэлектрической проницаемости эллипсоидальных частиц, преимущественно зерна Советский патент 1961 года по МПК G01R27/26 

Все расширяющееся внедрение в промышленность и сельское хозяйство электрической сепарации сыпучих материалов (минералов, зерна и т. п.) обусловливает необходимость измерения диэлектрической проницаемости отдельных частиц, обладающих определенной формой, структурой и порой разнородным составом.

Известные способы определения диэлектрической проницаемости, при которых исследуемый сыпучий материал помещается в однородное электрическое поле, не позволяют испытывать отдельные входящие в этот материал частицы.

С целью обеспечения возможности испытания отдельных эллипсоидальных частиц предлагается испытуемую частицу свободно подвешивать на нити и поворачивать на определенный угол, воздействуя электрическим полем, отмечая при этом потребную для поворота силу поля в зависимости от диэлектрической проницаемости частицы.

Для повышения точности измерения нить, на которой подвещивается испытуемая частица, предварительно тарируется путем подвеса к ней эталонного эллипсоидального тела, имеющего известное значение диэлектрической проницаемости.

На фиг. 1 показаны кривые, поясняющие суп1.ность предлагаемого способа; фиг. 2 изображает вид спереди прибора для осуществления этого способа; на фиг. 3 - разрез по линии А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - электрическая схема прибора.

Известно, что на частицу, представляющую собой вытянутый эллипсоид вращения, помещенный в однородное электростатическое поле, действует со стороны поля вращающий момент.

№ 137582- 2 М,--,-Ф,.5ш2-где ко - диэлектрическая проницаемость, Ео - напряженность внешнего электрического поля, 1/3 -объем эллипсоида, Ф -коэффициент иу -угол наклона большой оси эллипсоида к плоскости электродов, образующих поле.

Эталонный эллипсоид вращения известных размеров и диэлектрической проницаемости, помещенный в однородном электрическом поле и подвешенный на круглой негигроскопической нерастяжимой нити, поворачивается под действием вращающего момента поля, преодолевая момент сопротивления Мкр со стороны закручивающейся нити Мкр Afl,

где: А - коэффициент, учитывающий упругость материала нити; Ф - угол закручивания, / - длина нити.

Принимая угол закручивания нити равным углу наклона большой оси эллипсоида к плоскости электрода, можно считать

Мкр - Л 7 /.

Приведенные выражения показывают, что Мкр изменяется по линейному закону, а Мэ по закону синуса дврйного угла с изменением угла у. Иллюстрация зависимости Мэ и Мкр в функции угла у показана на фиг. 1.

Изменяя напряженность поля, получаем семейство кривых ), причем с ростом напряженности растет ордината Мэ. Так, как вращающему моменту поля противодействует момент кручения нити Мкр, то при достижении соответствующего значения наступает равновесное положение.

На фиг. 1 точки пересечения кривых Ду) и Мкр f(j) определяют при различном значении напряженности поля равновесное (устойчивое) положение эллипсоидальной частицы при наклоне ее большей оси к плоскости электродов, образующих поле, под разными углами у.

Если на ту же нить подвесить исследуемую эллипсоидальную частицу известных размеров, но неизвестной диэлектрической проницаемости и изменяя напряженность поля, повернуть эту частицу вращающим моментом поля Мэй на тот же угол, что и эталонный эллипсоид, то получается равенство моментов Мэ и Мэй для эталонной и соответственно для исследуе.мой частиц.

Заменив выражение объемов для эталонной и исследуемой эллипсоидальных частиц через V,,- a/C и -,„ - а- „-Д-„,

где а„, а„ и К, Кц соответственно больщие оси и коэффициенты сферичности эталонной и исследуемой эллипсоидальных частиц, можно получить выражение коэффициента , характеризующего взаимосвязь формы и относительной диэлектрической проницаемости исследуемой частицы, как эллипсоида вращения:

К

2„-712- 3

и и

где -j- -отнощение приложенных к электродам напряжений (по показанию прибора) для эталонной и исследуемой частиц при их повороте на один и тот же угол; 02 - по физическому смыслу те же, что и Фоц но для эталонной частицы известной формы и диэлектрической проницаемости.

Для практического пользования зависимостями строится график 02y /(sjjj) со значениями /( от 1 до О с интервалами сферичности через 0,01 (или 0,005). По этому графику определяется искомая величина .

Эталонная эллипсоидальная частица выполняется из мягкого металла (диэлектрическая проницаемость металла е. ). Желательно иметь эталонные эллипсоиды различных сферичностей i,0,l: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9).

Прибор для настольного пользования размещается в металлическом ящике, имеющем форму параллелепипеда. На передней стенке прибора (фиг. 2) в нижней его части установлен больщой круглый экран Эк с градусной сеткой, на который в процессе измерения проектируется тень измеряемой частицы. На передней же стенке прибора размещены многопредельный вольтметр V с переключателем диапазонов ПВ, сигнальная красная лампа ЛК («проводится измерение), зеленая лампа ЛЗ («напряжение подано) -и два регулятора НУ и НФО. Регулятор НУ служит для установки измеряемой частицы под начальным углом к плоскости электродов 5, образующих поле, а регулятор НФО служит для настройки фокуса объектива. В нижней части передней стенки установлены - регулятор НФИ настройки фокуса измерителя, выключатель ВЛО лампы осветителя, включате ть измерения ВИ и регулировочный винт автотрансформатора РН.

На нередней стенке прибора имеется задвижка ИЗ, открыгием которой осуществляется доступ внутрь прибора. В верхней части той задвижки предусмотрены блокконтакты БПС, размыкающие цепь электрического питания прибора при поднятии задвижки, предотвращая тем самым возможность прикосновения к токоведущим частям и электродам внутри прибора.

При поднятой задвижке рамка Рм с нитью Я, свободно ходящая в пазах направляющих, вынимается из прибора. На конце нити укреплена игла И, с помощью которой нить Н крепится как к эталонной, так и к измеряемой частицам.

После подсоединения образца к нити рамка вставляется в направляющие и отводится на свое место. На задней стенке рамки Рм имеется контакт К,, замыкающий цепь лампы ЛО в случае, если рамка с нитью находится на своем месте.

После установки рамки с нитью и образцом на место регулятором НУ круглая часть рамки с нитью и образцом поворачивается так, чтобы измеряемая и эталонная частицы были установлены под одним и тем же начальным углом.

Луч от лампы ЛО направляется через объектив осветителя так, чтобы изображение объекта на экране было наиболее контрастным по сравнению со светлым фоном. Тень от эллипсоида падает на зеркало 3 (фиг. 3), установленное под углом 45°, и отраженный луч через объектив ОЙ направляется на экран Эк. Четкость изображения устанавливается регулятором НФИ.

Буквами ВПУ обозначена выпрямительно-повысительная установка.

Питание прибора осуществляется простым включением прибора в сеть.

При исправных предохранителях // о наличии напряжения на приборе сигнализирует зеленая ламна ЛЗ. В случае если задвижка ИЗ на передней стенке закрыта, то блокконтакты БПС замкнуты и напряжение подается к выключателю измерителя и к его контактам ВИ (фиг. 4).

- 3 -Л1 137582

№ i37582- 4 Одновременно подается нанряжение на трансформатор осветителя ОТ, который включается выключателем ВЛО. Лампа ЛО загорается, если рамка с нитью и закрепленным к ней образцом находится на своем месте и контакт К замкнут. После загорания лалтпы ЛО и проведения установочных регулировок импульсным выключателем ВИ включается выпрямительно-повысительная установка ВПУ, которая сигнализируется загоранием красной лампы Л/С. Поворотом регулировочного винта РН автотрансформатор AT переводится из нулевого положения в рабочее и подается напряжение на первичную обмотку повысительвого трансформатора и через вентили К.В на электрод Э, создающий поле между ним и вторым заземлением электродом. Средняя точка вторичной обмотки трансформатора заземлена.

Повышая подаваемое на электрод Э напряжение, поворачивают эталонную частицу с угла 5° до угла 45° и замечают напряжение по прибору. То же самое делается с испытываемым образцом. После проведения расчетов, пользуясь кривыми Ф2„ f(-,,} находится относительная диэлектрическая проницаемость образца.

Предмет изобретения

1.Способ определения диэлектрической проницаемости эллипсоидальных частиц, преимущественно зерна, при котором испытуемые частицы по.мещаются в однородное электрическое поле, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности испытания отдельных частиц, испытуемую частицу свободно подвешивают на нити и поворачивают на определенный угол, воздействуя электрическим полем, отмечая при этом потребную для поворота силу поля в зависимости от диэлектрической проницаемости частицы.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью новыщения точности измерения, нить, на которой подващивается испытуе.мая частица, предварительно тарируют путем подвеса к ней эталонного эллипсоидального тела, имеющего известное значение диэлектрической проницаемости.

)

%

-j «j

Г5

9