Способ определения дисперсного и фракционного состава сферических частиц в загрязненных жидкостях Советский патент 1992 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано в областях промышленности, связанных с применением очищенных жидкостей: авиационной, топливной и т.д.

Известен способ дисперсного анализа частиц, заключающийся в пропускании через проточную среду потока излучения, регистрации импульсов рассеянного частицами света, трансформируемого посредством фотодетектора в электрические сигналы, амплитуды которых пропорциональны размерам соответствующих частиц.

Однако способ может быть использован для анализа частиц только одного вида и требует операции отстаивания или вакууми- рования жидкости в случае присутствия в ней газовых пузырей. Это приводит к изменению свойств анализируемой среды вслед- ствие седиментации и увеличению времени анализа.

Наиболее близким к изобретению является способ определения дисперсного состава частиц в жидкостях, содержащих газовые пузырьки, включающий пропускание анализируемой жидкости через измерительный объем, изменение давления в жидкости, облучение ее светом и анализ электрических сигналов, возникающих на выходе фотоприемника, регистрирующего оптический сигнал рассеянного от частиц света.

Недостатком известного способа дисперсного анализа является невозможность однозначной идентификации вещества частиц твердой фазы, содержащей металлическую и песчаную фракции. Кроме того, операция изменения давления в-указанном способе представляется трудноосуществимой и вносит возмущение в исследуемую среду, что может привести к недостоверности получаемых результатов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа фракционной идентификации частиц твердой фазы по их оптическим характеристикам.

Указанная цель достигается тем, что при определении дисперсного и фракционного состава сферических частиц в загрязненных жидкостях производят прокачку

Ion

С

N 3

00

со ю

исследуемой среды, зондируют ее излучением, проходящем перпендикулярно направлению прокачки, измеряют рассеянный световой поток FI в плоскости наблюдения, перпендикулярной направлению прокачки, в направлении, перпендикулярном зондирующему излучению, и определяют размер частиц по амплитуде рассеянного светового потока FI, дополнительно измеряют второй световой поток F2, рассеянный в направлении, составляющем с направлением зондирования и с направлением первого рассеянного светового потока FI равные углы, и определяют принадлежность частиц к той или иной

F2

фракции по величине 6 Ig -F- . причем

д 1 для частиц почвенного происхождения, 0,2 для газовых пузырей, 6 0,2 для металлических частиц.

Вещественный состав частиц в загрязненных рабочих жидкостях топливных и гидравлических систем определяется особенностями изготовления деталей и узлов, условиями эксплуатации систем. Основными компонентами загрязнений являются продукты истирания металлических поверх- ностей,частицы почвенного происхождения и газовые пузырьки. В основу их идентификации в предлагаемом способе положено использование различий указанных компонент по оптическим свойствам их вещества. Как известно, пространственное распределение рассеянного частицей излучения весьма чувствительно к ее физико-химическим свойствам.

Абсолютная величина рассеянного сигнала определяется поперечным сечением взаимодействующей со светом частицы, а относительное изменение потока рассеянного излучения, регистрируемого фотоприемником при вариациях угла наблюдения, - действительной и мнимой частью относительного комплексного показателя преломления частицы. Это и создает фактические предпосылки идентификации частиц не только по размеру, но и по фракционному (вещественному) признаку.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа является дополнительное измерение второго светового потока F2, рассеянного в направлении, составляющем с направлением зондирования и с направлением первого рассеянного светового потока FI равные углы, и определение принадлежности частиц к той или иной

фракции по величине б Ig-p- , причем для частиц почвенного происхождения

б 1,для газовых пузырей 1 5 0,2, для металлических частиц д 0,2.

Металлические частицы имеют достаточно высокие значения показателя поглощения.Частицыпочвенного

происхождения по значению абсолютного показателя преломления близки к показателю преломления дисперсионной среды. Такие различия приводят к определенным

закономерностям изменения оптических сигналов при вариациях углов наблюдения. На фиг.1 изображены экспериментально полученные графики угловой функции Ig F( в светового потока, рассеянного исследуемыми частицами; на фиг.2 - зависимости 5 от размеров частиц, на фиг.3-оптическая схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

На фиг.1 кривые 1-3 представляют соответственно зависимости lt| Р(0)для частиц окиси кремния Si02, tv 1-02 - i1 алюминия A, rh 0,87 - i 5,0, и газовых пузырей, fn 1,02 - 11 10 3-взвешенных в авиационном гидравлическом масле АМГ-10. Функция Ig F( в ) для частиц почвенного происхождения (SiCte) претерпевает монотонное убывание во всем диапазоне углов с перепадом значений, достигающим четырех порядков величины. Для частиц алюминия в

области углов 9 30° она близка к постоянной величине. Для газовых пузырьков в области 70-90° характерно проявление локального максимума функции с последующим резким ее спадом и насыщением вобласти 0 120°. Эти особенности подтверждают значительное различие относительного углового изиенения светового потока для исследуемых материалов, что и используется для их идентификации.

На фиг.2 кривые 1-3 показывают зависимости д Ig от размеров соответственно частиц окиси кремния, газовых пузырей, алюминия. Зависимости имеют регулярный характер и стремятся к постоянной величине.

С.учетом возможных вариаций оптических постоянных вещества частиц, образующих фракцию почвенного происхождения

j|m -1) 0-03, продуктов износа металлических поверхностей { к 1 и газовых пузырей, установлены критерии определения их принадлежности к той или иной фракции; для частиц почвенного происхождения

б 1, для газовых пузырей 1 5 0,2,для металлических частиц 5 0,2.

Устройство, реализующее способ, содержит проточную оптическую кювету 1, гелий-неоновый лазер 2, конденсорную линзу

3, ловушку 4 излучения, собирающие линзы 5,6 и фотоприемники 7,8, сопряженные с ЭВМ.

Способ осуществляется следующим образом. Предназначенная для анализа за- грязненная рабочая жидкость, например гидравлическое масло АМГ-10 с частицами алюминия, окиси кремния и воздушными пузырями, подается в канал проточной кюветы 1. Осветитель, содержащий гелий-нео- новый лазер 2 с длиной волны А 0,632 мкм и конденсорную линзу 3, создает в ней освещенную зону регистрации. Лрямопрохо- дящий свет собирается в ловушку 4. Излучение, рассеянное частицей при про- хождении ею освещенной зоны, фокусируется соответственно линзами 5,6 на фотоприемники 7,8, трансформирующие световые потоки в электрические импульсы, которые далее подаются через блок сопряжения на ЭВМ, например ДВК-3, для анализа размеров и вещественной принадлежности частиц. Получены значения д для частиц окиси кремния 1-56; га- зовых пузырей 0,38; частиц алюминия 0,07,

Таким образом, предлагаемый способ позволяет одновременно идентифицировать частицы почвенного происхождения, металлов и газовые пузыри; не оказывает

возмущающих воздействий на исследуемую среду, что обеспечивает достоверность получаемых результатов.

Формула изобретения Способ определения дисперсного и фракционного состава сферических частиц в загрязненных жидкостях, включающий прокачку исследуемой среды, ее зондирование излучением, проходящим перпендикулярно направлению прокачки, измерение рассеянного светового потока Ft в плоскости наблюдения, перпендикулярной направлению прокачки, в направлении, перпендикулярном зондирующему излучению, и определение размера частиц по амплитуде рассеянного светового потока FI. отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно измеряют второй световой поток F2, рассеянный в направлении, составляющем с направлением зондирования и с направлением первого рассеянного светового потока FI равные углы, и определяют принадлежность частиц к той или иной фракции по величине д - ln(F2/Ft), причем д 1 для частиц почвенного происхождения; д 0,2 для газовых пузырей; д 0,2 для металлических частиц.

Сущность изобретения.измеряют рассеянное световое излучение в двух направлениях и по величине, равной логарифму отношения интенсивностей излучения, определяют принадлежность частиц к той или иной фракции. 3 ил.

зо ЬО 90 120 (50

Фт{

6

Ј

/

о

1,0

О--Ii-i I i с

1770832

10

Ч,МКЦ

Фиг.2

. (риг. 5