Способ контроля активности кабитации Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 

0

т

ел

с

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет проводить контроль активности акустической кавитации. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия контроля. Способ реализуется следующим образом. В рабочей емкости размещают основной 8 и вспомогательный 7 электроды, а также электрод 3 сравнения. На основной 8 и вспомогательный 7 электроды подают напряжение 0,1 - 0,6 В. Измеряют приращение разности потенциалов между основным электродом 8 и электродом 3 сравнения, возникающее под действием кавитации, и по величине этого приращения судят об активности кавитации. 1 ил.

N

Ј

Л

pu:HA -..i№lyP

ю

о

ON 00 Ю

со о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и контроля режимов ультразвуковых технологических процессов, основанных на интенсифицирующем действии кавитации, преимущественно в воде и водных растворах.

Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия контроля путем обеспечения контроля активности кавитации по величине разности потенциалов.

На чертеже показана схема, реализующая предлагаемый способ.

На схеме показаны кювета 1 с рабочей жидкостью, излучатель 2 ультразвуковых колебаний, электрод 3 сравнения, пробирка 4 с рабочей жидкостью, капиллярная трубка 5, выысокоомный вольтметр 6, вспомогательный электрод 7, основной электрод 8, защищенный с боков от воздействия кавитации трубкой 9 и пористый экран 10.

Способ реализуется следующим образом.

Электроды размещают в рабочей емкости, затем вспомогательный электрод 7 изолируют от воздействия ультразвука и кавитации пористым экраном, выполненным, например, из поролона.

После размещения электродов в растворе между электродом 3 сравнения и основным электродом 8 устанавливается некоторая разность потенциалов . Если теперь на основной 8 и вспомогательный 7 электроды подать разность потенциалов Ф, то между ними потечет ток, переносимый ионами раствора, а разность потенциалов между основным электродом 8 и электродом 3 сравнения изменяется и становится равной некоторому значению , соответствующему новому равновесному состоянию.

Механизм установления pz и р состоит в следующем. Ионы, де-стигая поверхности основного электрода, теряют заряд и превращаются в нейтральные атомы и молекулы, которые адсорбируются на поверхности электрода либо концентрируются в пограничной области. Таким образом, пограничная область электрод-жидкость обедняется носителями заряда, при этом сопротивление этой области увеличивается, а ток, текущий через раствор, уменьшается. В равновесном состоянии величина тока, а соответственно, потенциал основного электрода 8 и величина р определяются скоростью диффузии нейтральных атомов и молекул из призлектродной области и замены их ионами.

Если же теперь в жидкости, где находится основной электрод 8, возбудить кавитацию, то под действием ударных волн и микрострур, генерируемых кавитационными пузырьками, пограничный слой разрушается и заменяется раствором с исходной концентрацией ионов. Ток через основной электрод 8 увеличивается, соответственно, меняется потенциал этого электрода, а раэность потенциалов между электродами вспомогательным и сравнения принимает значение (pi,

Величина (pi ) однозначно определяется степенью разрушения пограничного слоя, т.е. активностью кавитации. В качестве электрода сравнения выбирают хлорсе.ребряный электрод ввиду того, что он имеет постоянный собственный потенциал, не подтвержденный внешним воздействиям (кавитация, ультразвук и др.).

Нижний предел используемых напряжений выбирают исходя из требований быстродействия: при слишком малых напряжениях ( 0,1 В) время установления равновесных

разностей потенциалов р и (pz велико (порядка нескольких минут), при напряжениях более 0,6 В в зависимости от состава раствора и активности кавитации может возникать электролиз воды. Формирующиеся при этом на поверхности электрода пузырьки воздуха меняют кавитационную активность, внося довольно большие погрешности (до 30%).

Хлорсеребряный электрод содержит в

качестве электролита раствор хлористого калия. Электрический контакте контролируемым раствором осуществляется через пористую вставку. Через эту же вставку раствор KCI хотя и в небольших количествах

может попадать в рабочую емкость за счет диффузии. Этот процесс предотвращают путем размещения хлорсеребряного электрода в пробирке с рабочей жидкостью. Электрический контакт при этом осуществляется через капиллярную трубку, соединяющую пробирку с рабочей емкостью.

За счет диффузии через капилляр в рабочую жидкость может попасть лишь ничтожно малое количество хлористого калия,

тем более, что уже в пробирке концентрация его весьма малая.

Вспомогательный электрод 7 изолируют от воздействия кавитации пористым экраном 10 с тем, чтобы состояние

поверхностного слоя на этом электроде не менялось под действием кавитации, что упрощает анализ результатов.

Пример. Основной электрод из молибдена диаметром 2,5 мм. вставленный в

полихлорвиниловую фубку, размещают в рабочей емкости ультразвуковой ванны Затем размещают вспомогательный электрод 7 из нержавеющей стали диаметром 2 мм, который изолируют от воздействия кавитации и ультразвука пористым экраном. В качестве электрода 3 сравнения используется стандартный хлорсеребря- ный электрод (из комплекта в рН-метру ЭВ-74), вставленный в пробирку с капил лярной трубкой 0,2 мм, заполненную рабочей жидкостью.

Испытания проводят в дистиллированной воде, водном растворе ОП-7, растворе хлористого калия (7 г/л). Емкость заполняют рабочей жидкостью и подают напряжение Ф 0,1, 0.4 или 0,6 В на основной и вспомогательный электроды. Измеряют разность потенциалов между основным электродом 8 и электродом 3 сравнения. Измерения выполняют высокоомным вольтметром П-5827М, показания фиксируют самописцем Н-307/1.

Затем с помощью ультразвукового излучателя при f 40 кГц возбуждают кавитацию и измеряют величину Дух Измерения дублируют также эрозионными испытаниями. При этом определяяют убыль массы тест-образцов, выполненных из сплава ПОС-60, при экспозиции их в течение пяти минут в кавитационной области.

Основные результаты в виде зависимости от амплитуды колебаний излучателя представлены в таблице, где Д G - убыль массы тестов.

Из таблицы видно, что при А 0.3 мкм, (т.е. когда в кавитационной области появляются нестабильные пузырьки и возникает

-

10

15

20

эрозия) величины Дуо и ДО с точностью не ниже точности измерений изменяются пропорционально одна другой. Преимуществом способа является существенно более высокая скорость измерении. Одно измерение занимает не более 0.5-1,0 мин, в то время как для выполнения одного измерения по известному способу требуется 7-10 мин. Кроме того, способ является более чувствительным, поскольку величина Ду не равна нулю, и при амплитудах, значительно меньших порога нестабильной ка витации, вызывающей эрозию образцов. Таким образом, величина Ду является чувствительной к воздействию стабильных (пульсирующих, но не захлопырающихся ка- витационных пузырьков), что обеспечивает расширение диапазона контролируемых режимов.

Формула изобретения Способ контроля активности кавитации, заключающийся в том, что в кавитационную область помещают основной электрод, возбуждают кавитацию, контролируют активность кавитации, отличающийся тем, что,с целью повышения чувствительности и быстродействия контроля, в кавитационную область дополнительно вводят изолированный пористым звукопоглощающим экраном вспомогательный электрод и электрод сравнения, прикладывают к основному и вспомогательному электродам разность потенциалов в диапазоне 0,10.6 В, регистрируют разность потенциалов между основным электродом и электродом сравнения, по изменению которой производят контроль кавитации.