УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВКИ МИКРОСФЕР ПО РАЗНОТОЛЩИННОСТИ СТЕНОК Советский патент 1995 года по МПК B03B5/62 

Изобретение относится к технике, связанной с сортировкой твердых материалов, и может быть использовано для сортировки микросфер, применяемых в качестве мишеней в лазерном термоядерном синтезе.

Цель изобретения - повышение производительности и расширение технологических возможностей устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - вид А-А на фиг. 1; на фиг.3 - вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение выходного канала питателя; на фиг.5 - теневые фотографии сфер.

Устройство состоит из кюветы 1. Оно включает расположенную под угломα к горизонту и полированную по одной плоскости пластину 2, расположенную под пластиной 2 с зазором к ней дополнительную пластину 3 и установленные между ними уплотнения 4. Полированная поверхность 5 пластины 2 направлена внутрь кюветы. Угол α удовлетворяет соотношению
= A·tgα·sinθ где Δd - разнотолщинность стенки микросферы;
d - толщина стенки микросфер;
ρ_ж - плотность жидкости;
ρ_ст - плотность стекла микросферы;
α - угол наклона пластины к горизонту;
θ - угол отклонения микросферы от оси;
A = где R - радиус микросферы.

Напротив оси пластины расположен питатель 6 микросфер. Он выполнен с выходным каналом 7, имеющим в поперечном сечении каплевидную форму и расположенным симметрично относительно оси пластины. Это позволяет микросферам независимо от их диаметра стартовать из одной точки, а выполнение выходного канала наклоненным к линии горизонта позволяет выпускать их поочередно.

В полированной плоскости пластины 2 по ее периферии выполнены пазы 8, параллельные оси пластины в нижней ее части и сходящиеся в верхней ее части.

В верхней части пластины 2 установлены сборники 9-11 микросфер и дополнительный сборник 12 микросфер. Сборники 9-11 микросфер расположены на выступе, а один из них, например сборник 10 микросфер, установлен по оси пластины 2. Дополнительный сборник 12 микросфер расположен на уровне пазов 8 в месте их схождения.

Между пластиной 2 и дополнительной пластиной 3 на выступе установлены перегородки 13 для направления микросфер в сборники, расположенные под острым углом к оси пластины 2. У нижнего конца пластины 2 по ее оси установлен капилляр 14, соединенный с системой подачи газа.

Кювета заполнена электропроводной жидкостью. Так как прокатывание по наклонной плоскости микросфер производится в электропроводной жидкости, исключается влияние сил электростатического притягивания. Поскольку вес микросферы равен 1˙ 10^-6 г, а электростатические заряды бывают значительны, то в воздухе за счет сил взаимного отталкивания микросферы "улетают" на расстояние в несколько сантиметров. В электропроводной жидкости разность потенциалов между микросферой и другими элементами конструкции выравнивается и остаются лишь две силы, сила выталкивания жидкости и гравитационная сила.

Устройство работает следующим образом.

Кювета с пластиной 2 устанавливается под рассчитанным углом α к горизонту. Для точной юстировки установки пластины 2 через капилляр 14 подаются пузырьки воздуха, которые можно принять за идеальные сферы. Пузырьки воздуха, отрываясь от капилляра 14, всплывают вверх по полированной поверхности пластины 2. Регулировочными винтами (не показаны) устройство юстируется так, чтобы пузырьки попадали в центральный сборник 10. Наблюдение может производиться через дополнительную пластину 3, выполненную из стекла. После юстировки устройства микросферы из питателя 6 через выходной канал 7 запускаются в кювету 1. Выполнение выходного канала каплевидной формы в поперечном сечении позволяет запускать микросферы поочередно. Выталкивающая сила заставляет микросферы катиться по плоскости вверх. Разнотолщинность различных сфер отклоняет траекторию сфер от оси пластины 2. Микросферы с минимальной разнотолщинностью попадают в центральный сборник 10, микросферы с большей разнотолщинностью - в сборники 9 и 11. Микросферы с очень большой разнотолщинностью попадают в пазы 8 и собираются по пазам в дополнительном сборнике 12.

Для экспериментальной отработки устройства изготавливают образец и приводят разбраковку сфер на нем.

Образец устройства выполнен в виде удлиненной герметичной кюветы с крышкой из полированного стекла. В качестве жидкости, заполняющей внутренний объем кюветы, используют этиловый спирт 80%-ной концентрации с проводимостью (1-2)˙10⁸ См/см. В нижней части кюветы располагается изогнутая полиэтиленовая трубка с сечением по фиг.4, выполняющая роль выходного канала. К полиэтиленовой трубке подстыковывается пробирка (питатель) с плавающими в ней микросферами. При стыковке за счет полиэтиленового шланга пробирка располагается дном вверх (жидкость при этом не выливается, так как кювета герметична и отверстие мало), а микросферы всплывают к дну пробирки. При работе пробирка располагается дном вниз и микросферы всплывают в кювету. Через полиэтиленовый шланг с помощью медицинского шприца и тонкой иглы в кювету подается воздух в виде микропузырьков для юстировки кюветы. Юстировка производится так, что пузырьки из желоба попадают в центральную пробирку (сборник), вставленную в одно из отверстий в стеклянной полированной пластине. Кроме центрального сборника, по обе стороны от него располагаются по два дополнительных сборника. Наличие такого количества сборников позволяет проконтролировать качество сортировки в зависимости от угла.

Проводят исследования возможностей макета по разделению микросфер по разнотолщинности.

В одной серии экспериментов измеряется величина отклонения h=L ˙sinθ от оси для пяти микросфер диаметром ⊘ с различной известной разнотолщинностью Δd/d (см. таблицу), где h - линейное отклонение от оси пластины, мм;
L - длина от питателя до центрального сборника, мм.

Эксперимент показывает, что отклонение траектории сфер (h) пропорционально разнотолщинности сфер. Чувствительность способа, вычисленная по результатам эксперимента, согласуется с расчетной формулой.

В другой серии экспериментов проводится разделение партии микросфер по разнотолщинности стенки на три фракции. Партия сфер ⊘ 150-170 мкм с различной толщиной стенок и широким диапазоном по разнотолщинности через питатель подается на наклонную плоскость, установленную под углом α=30^о. Приемники, расположенные на расстоянии L=260 мм от питателя, собирают сферы с различных участков относительно центральной линии: центральный сборник - с участка от -2 до 2 мм, два соседних - от -6 до -2 мм и от 2 до 6 мм, два крайних - все остальное. Качество разделенных сфер по разнотолщинности оценивается теневым методом. На снимках фиг.5 приведены теневые фотографии сфер с различных выделенных фракций. Как видно из фотографий, на участке далее 6 мм от центра в сборник 11 собираются плохие микросферы с разнотолщинностью более 30-50%, на участке от 2 до 6 мм в сборники 9 и 10 - сферы с разнотолщинностью больше 10% и на центральном участке в сборник 8 - сферы с разнотолщинностью меньше 10%, что находится в соответствии с расчетом. Увеличение длины плоскости L приводит к сужению диапазона разнотолщинности фракции сфер и повышению точности разделения.

Изобретение относится к сортировке твердых материалов. Цель - повышение производительности и расширение технологических возможностей устройства. Под полированной по нижней плоскости и установленной под углом α к горизонту пластиной (П) 2 установлена с зазором дополнительная П 3. Между П 2 и 3 установлены уплотнения 4, образующие кювету (К) 1. Напротив оси П 2 расположен питатель 6 микросфер с выходным каналом 7 каплевидной формы, расположенным симметрично относительно оси П 2. В полированной плоскости П 2 по ее периферии выполнены пазы, параллельные оси П 2 в нижней ее части, сходящиеся в верхней ее части и образующие выступ. В верхней части П 2 установлены сборники (С) 9 - 11 микросфер и дополнительный С 12 микросфер, расположенный на уровне пазов 8 в месте их схождения. При этом С 9 и 11 расположены на выступе, а С 10 установлен по оси П 2. Между П 2 и 3 на выступе расположены перегородки для направления микросфер в С 9 - 11, расположенные под острым углом к оси П 2. У нижнего края П 2 по ее оси установлен капилляр 14, соединенный с системой подачи газа для юстировки устройства. Полированная поверхность П 2 направлена внутрь К 1, которая заполнена электропроводной жидкостью. Микросферы с минимальной разнотолщинностью стенок подаются в К 1 через питатель 6 и катятся под действием выталкивающей силы вверх по П 2. Микросферы с минимальной разнотолщинностью стенок попадают в С 10, с большей разнотолщинностью - в С 9 и 11, а с максимальной, закручиваясь, поступают через пазы в С 12. 3 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВКИ МИКРОСФЕР ПО РАЗНОТОЛЩИННОСТИ СТЕНОК, включающее расположенную под углом к горизонту и полированную по одной плоскости пластину, расположенный напротив оси пластины питатель микросфер, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и расширения технологических возможностей устройства, оно снабжено расположенной под основной пластиной с зазором к ней дополнительной пластиной, установленными между пластиной и дополнительной пластиной уплотнениями, образующими кювету, установленными в верхней части пластины сборниками микросфер и дополнительным сборником микросфер, при этом питатель микросфер, выполнен с выходным каналом каплевидной формы в поперечном сечении, расположенным симметрично относительно продольной оси пластины, причем в полированной плоскости пластины по ее периферии выполнены пазы, параллельные оси пластины в нижней ее части, сходящиеся в верхней ее части и образующие выступ, причем сборники микросфер расположены на выступе, а один из них установлен по продольной оси пластины, при этом полированная поверхность пластины направлена внутрь кюветы, а кювета заполнена электропроводной жидкостью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между основной и дополнительной пластинами на выступе установлены перегородки для направления микросфер в сборники, расположенные под острым углом к продольной оси пластины. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у нижнего конца пластины по ее продольной оси установлен капилляр, соединенный с системой подачи газа. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный сборник микросфер расположен на уровне пазов в месте их схождения.