Способ гранулометрического анализа дисперсных сред и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

шириной t, заполненный исследуемой средой На расстоянии г перпендикулярно зеркальной поверхности задней

стенки 2 установлен фотоумно ситель 5 закрытый точечной диафрагмой 6. Под небольшим углом Ю к фотоумно жителю 5 симметрично расположены от носительно него источник 7 когерентного излучения, например лазер и фотосопротивление 8, которое со вместно с разделительным конденсатор ром 9 образует RC-цепочку дифференцирующего усилителя 10. Входная цепь дифференцирующего усилителя 10 подключена к фотоумножителю 5, а его выход соединен с вольтметром 11 и анализатором 12 спектра.

Устройство работает в режиме измеV 5

10

то после дифференциравания и усилени в К раз получают выходной сигнал напряжения и

- 45Гэ,

,,+ 14.

и - .,„

4лКэ01Р

-- - cos

fAV

t,

(4)

амплитуда которого пропорциональна количеству частиц п и не зависит от их объема V, а частота обратно пропорциональна массе частиц f V, т.е.

их размеру.

Свет, рассеянньй каждой из частиц может попасть в фотоумножитель 5 или 15 прямо, или отразившись от зеркальной поверхности задней стенки 2.В резуль тате на апертуре точечной диафрагмы 6 получаются интерференционные полог сы, коротковолновая часть которых с

рений средней скорости теплового дви- 20 пространственной длиной волны меньше

жения частиц размером от.0,03 до 3 микрон и в режиме измерения скорости акустических колебаний частиц размером 1-100 микрон.

Во время прохождения контролируемой частицы через стоячую волну лазерного излучения, интенсивность I рассеянного на ней излучения опредеI ляется ее положением Z относительно

i зеркальной стенки 2

I

+ I

о

(I)

диаметра точечной диафрагмы 6 усредняется фотоумножителем 5 и не вызывает переменной составляющей электрического сигнала U. Поэтому для расши.

25 рения спектральной полосы регистрируемых частот пространственно-временных флуктуации интенсивности рассеян. кого света диаметр точечной диафраг- мы 6 должен быть как можно меньшим,

30 но достаточным для прохождения рабочей величины интенсивности излуче ния на катод фотоумножителя 5.

где

Л

PnVVпРдлина волны лазерного излучения;интенсивность бегущей волны;

амплитуда интенсивности рассеянной волны; объем частицы; количество частиц с координатой;коэффициент рассеяния.

Поэтому смещение частицы вдоль

Если в процессе измерения происходит уменьшение мощности источника

35 о Р нтного излучения или степени прозрачности исследуемой среды 4, то их влияние на результаты измерения в значительной степени компенсируется соответствующим возрастанием ко

40 эффициента передачи К дифференцируемого усилителя вследствие увеличений электрического сопротивления фотосопротивления 8,. на который Падает отраженньш луч от источника 7 коге

стоячей волны вызывает мерцание вели 5 Рентного излучения, дважды прошедший

чины интенсивности рассеянного на ней излучения с частотой f

через исследуемую среду 4. Благодаря этому амплитуда действующего значе- :, ния напряжения выходного сигнала .пропорциональна лишь объемной кон2 А

dZ dt

(2)

Поскольку скорость броуновского и акустического движений частицы обратно пропорциональна ее плотности f и объему V

Й5 Л,(3)

dZ p.V

где ЗС коэффициент пропорционально-- сти, зависящий от вязкости среды.

5

то после дифференциравания и усиления в К раз получают выходной сигнал напряжения и

- 45Гэ,

,,+ 14.

и - .,„

4лКэ01Р

-- - cos

fAV

t,

(4)

амплитуда которого пропорциональна количеству частиц п и не зависит от их объема V, а частота обратно пропорциональна массе частиц f V, т.е.

их размеру.

Свет, рассеянньй каждой из частиц, может попасть в фотоумножитель 5 или 15 прямо, или отразившись от зеркальной поверхности задней стенки 2.В результате на апертуре точечной диафрагмы 6 получаются интерференционные полог сы, коротковолновая часть которых с

20 пространственной длиной волны меньше

диаметра точечной диафрагмы 6 усредняется фотоумножителем 5 и не вызывает переменной составляющей электрического сигнала U. Поэтому для расши

25 рения спектральной полосы регистрируемых частот пространственно-временных флуктуации интенсивности рассеян кого света диаметр точечной диафраг- мы 6 должен быть как можно меньшим,

30 но достаточным для прохождения рабочей величины интенсивности излуче ния на катод фотоумножителя 5.

Если в процессе измерения происходит уменьшение мощности источника

35 о Р нтного излучения или степени прозрачности исследуемой среды 4, то их влияние на результаты измерения в значительной степени компенсируется соответствующим возрастанием ко40 эффициента передачи К дифференцируемого усилителя вследствие увеличений электрического сопротивления фотосопротивления 8,. на который Падает отраженньш луч от источника 7 коге

5 Рентного излучения, дважды прошедший

5 Рентного излучения, дважды прошедший

через исследуемую среду 4. Благодаря этому амплитуда действующего значе- :, ния напряжения выходного сигнала .пропорциональна лишь объемной конgQ центрации рассеивающих частиЦ, а его. спектральный состав .определяется распределением этих частиц по скорос- тям теплового или акустического движения, которое однозначно связано

gg с их размером.

Формула изобретения.

1. Способ гранулометрического анализа дисперсных сред, основанный

на облучении когерентным светом взвешенных частиц, совершающих тепловые или акустические колебания, и регистрации изменений интенсивности и частоты рассеянного частицами электг ромагнитного излучения с последующим расчетом их фракционного состава, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа полидисперсных сред их пропускают через стоячую волну лазерного излучения, регистрируют интенсивность рассеянного света, величину которого детектируют, дифференцируют и по амплитуде и частоте гар- монических составляющих доплеровских частот его пространственно-временных флуктуации определяют гранулометриче. ский состав дисперсных сред.

2. Устройство для гранулометрического анализа дисперсных сред, содер1

1455283

жащее оптически связанные источник когерентного света, измерительную кювету с исследуемой средой и фото- умножитель, соединенньй с измеритель ным прибором, отличающее ; с я тем, что, с целью повышения чув ствительности и сокращения времени анализа дисперсных сред, акусти чесг:,.

0 кий излучатель, расположенный внутри измерительной кюветы, имеет зеркальную поверхность, перпендикулярно кЬторой размещен фотоумножитель с симметрично расположенными вокруг него под уг,

5 лом не более Ю источником когерент-- ного излучения и фотосопротивлением, которое вместе с конденсатором образует КС-цепочку дифференцирукидего усилителя, вход которого соединен с

0 фотоумножителем, а выход соединен с вольтметром и анализатором спектра АОтотока.

Изобретение относится к изм.ери тельной технике, контролю размеров и концентрации взвегченньпс частиц. Цель изобретения повьааение чунствитель1 Изобретение относится к измерительной технике определения размеров и ко11центрации взвешенных частиц и ;может быть использовано в нефтеперерабатывающей промьцчленности, геофизике и Технологии получения ультрадис- персных порошков, а также в других областях техники, где требуется контроль фракционного состава золей. Цель изобретения - повьш1ение чувствительности к изменениям спектрального состава лазерного излучения ности и точности анализа полидисперсных сред. Для этого взвесь контролируемых частиц пропускают через стоячую волну лазерного излучения, а интенсивность рассеянного света детектируют, дифференцируют и по мощности и спектральному составу его пространственно-временных флуктуации рассчитывают концентрации и распределение частиц по размерам. Устройство отличается тек, что задняя стенка измерительной кюветы с исследуемой средой образована зеркальной поверхностью акустического излучателЯо Перпендикулярно к ней расположен фотоумножитель с точечной диафрагмой и симметрично расположенными вокруг него под небольшим углом источником когерентного излучения и фотосопро- тивлением. Это фотосопротивление входит в состав RC-цепочки дифференцирующего усилителя, подключенной между фотоумножителем и вольтметром действующего значения с анализатором спектра. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. с S сл ел сд N) 00 рассеянного на подвижных частицах, и точности измерения их распределения по скоростям. На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит измерительную кювету с прозрачной стенкой 1, рая совместно с зеркальной поверхностью задней стенки 2, являк1П1ейся составной частью акустического излучателя 3, образует плоский капилляр

V.Редактор И.Касарда

Составитель А.Петров Техред М.Дидык

Заказ 7450/51

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.3 3

/1

- .:

4

Корректор Л.Килипенко

Подписное