Низкочастотный электрогидродинамический способ определения эффективного размера сферических частиц в нестратифицированных дисперсиях электропроводных частиц в жидкостях с меньшей электропроводностью Советский патент 1992 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть применено в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при оценке размеров частиц в различных суспензиях и эмульсиях.

Известен кондуктометрический способ определения дисперсности взвешенных частиц в жидкой среде, заключающийся в том, что организуется прохождение одиночных взвешенных частиц через микроотверстие, по разные стороны которого расположены электроды с приложенной к ним разностью потенциалов. Частица, проходя через микроотверстие, изменяет электродинамические параметры межэлектродного

промежутка, по величине изменения которого судят о размере дисперсных частиц.

Недостатком данного способа является необходимость организации прохождения частиц через микроотверстие и анализа отклика системы на прохождение отдельной частицы. Способ также требует проведения калибровки по эталонным дисперсным смесям.

Известен способ определения размера частиц по высокочастотной проводимости дисперсий, в котором размер частиц является параметром, совмещающим теоретическую и экспериментальную зависимости проводимости рт частоты изменения электрического поля.

XI VJ

VI

О

J

Недостатком данного способа является необходимость анализа малой поправки к проводимости дисперсной фазы, что требует применения высокочастотных приборов. Кроме того, этот способ применим для сред достаточно низкой проводимости, для которых о высокочастотном диапазоне не прояв- ляется дисперсия диэлектрической проницаемости дисперсионной фазы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения дисперсности частиц в ферромагнитных жидкостях, заключающийся в том, что определяют отношение емкостей злектролити- ческой ячейки с исследуемой средой на двух разных частотах. Каждому значению отношения емкостей эмпирически ставится в соответствие определенный размер частиц дисперсной фазы, который определяется независимо седиментационным способом.

Известный способ имеет следующие существенные недостатки: отношение емкостей зависит, в общем случае, не только от размеров частиц в исследуемой дисперсной среде, но и от свойств материалов электродов и жидкости носителя, Для каждой пары электрод - среда должна строиться своя зависимость размера частиц от отношения емкостей; использование седиментацион- ного способа в качестве эталонного при построении калибровочных кривых не дозволяет определять размеры частиц нейтральной плавучести, мелких броуновских частиц и частиц неустойчивого коллоида в метастабильном состоянии.

Целью изобретения является упрощение способа за счет устранения предварительных тарировок и повышение его функциональных возможностей за счет применимости для сус- пензийчастиц нейтральной плавучести, а также контроля за изменением размеров агрегирующих частиц.

Поставленная цель достигается разделением объемных и приэлектродных эффектов в дисперсиях с объемной концентрацией дисперсной фазы не более 5% при электропроводности жидкой фазы не менее чем на два порядка меньшей электропроводности частиц, но большей Ом 1 . Предвари- тельно определяют диэлектрическую проницаемость жидкой фазы ео на фиксированной частоте со и коэффициент1 диффузии ионов D в этой фазе, после чего, используя последовательную схему заме- цения электролитической ячейки сопротивлением R и емкостью С, на той же частоте О) при одном межэлектродном расстоянии определяют RI и Ci, а яри другом межэлектродном расстоянии 1.2 измеряют С2, и в результате эффективный размер частиц а определяют по формуле

(воО

т

1/2

( +ЩуЪ

е F

Ws

-1

J Ci

J C2

(Li-L2)

- 1 - 3« ;

o Li/RiS - электропроводность дисперсии; а- объемная концентрация, S - площадь электрода; ш - круговая частота приложенного к электродам переменного электрического напряжения; а г , где

о°°

10 мкм а 100А; r (r)dr; (n - 3, 4)-п-й

о

момент функции распределения частиц по размерам f(r); 0 ш 100 Гц.

Отличительными признаками изобретения являются: измерение импеданса ячейки с исследуемой средой при различных меж- электродных расстояниях и устранение, таким образом,влияния приэлектродных эффектов на измеряемые характеристики; отсутствие необходимости предварительных тарировок; возможность определения размеров частиц нейтральной плавучести, мелких броуновских частиц, а также измерения и контроля за изменением размера частиц в неустойчивых коллоидах.

Предлагаемый способ испытан на модельной системе - магнитной жидкости, пол- ученной по карбонильному методу. В качестве жидкости-носителя выбрана слабопроводящая органическая жидкость-тетраде- кан, в качестве арбитражного способа-метод микроскопического анализа. Результаты исследований на трансмиссионном электронном микроскопе типа Zeiss EM 902 ТЕМ (разрешение 5 А) показали, что модельная система монодисперсна - дисперсия функции распределения по радиусу составляет 8%, а средний радиус частиц равен 480 А.

В проиессе измерения радиуса частиц предлагаемым способом магнитную жидкость заливают в измерительную ячейку с плоскопараллельными подвижными электродами диаметром 50 мм, аналогичную приведенной в ГОСТ 22372-72. Измерение значений Ci, C2, RI проводят с помощью моста переменного тока (GENERAL RADIO 1621). Расстояние между электродами определяют с помощью микрометрической головки ячейки. Диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости йо , определяемая высокочастотным методом, равна 2.04. Величина объемной концентрации дис- персной фазы а , определяемая весовым методом, равняла 1 1 . Значение коэф- фициента диффузии ионов D вычислено по формуле Эйнштейна через подвижность ионов, значения которых взяты из таблиц (Мелвин-Хьюз ЭА Физическая химия, кн. 2. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962, с. 756), D - 1 . 69 м2/с. Параметры Li, U. (О заданы непосредственно в эксперименте и равны: Li 1 м, L.2 2- м, са 8.7И01 Гц. Значения Ri, Ci, С2, определяемые в эксперименте, равны соответственно: Ri 9,52 104 Ом, Ci 6,72Ь Ф, С2 6.745-10 7 Ф. Значение радиуса частиц а. полученное при подставлении соответствующих параметров в теоретическое соотношение, имеет следующую величину:

5 0

5

0

контроля за изменением размеров агрегирующих частиц посредством разделения объемных и приэлектродных эффектов в дисперсиях с обьемной концентрацией дисперсной фазы не больше 5% при электропроводности жидкой фазы не менее чем на два порядка меньшей электропроводности частиц, но большей Ом , предварительно определяют диэлектрическую проницаемость жидкой фазы бо на фиксированной частоте w и эффективный коэффициент диффузии ионов D в этой фазе, после чего, используя последовательную схему замещения электролитической ячейки сопротивлением R и емкостью С на той же частоте ш, при одном межэлектродном расстоянии LI определяют RI и Ci, а при другом межэлектродном расстоянии измеряют С2. и в результате эффективный размер частиц а определяют по формуле

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при оценке размеров частиц в суспензиях и эмульсиях, электропроводных частиц. Способ заключается в подаче синусоидального напряжения на плоские электроды электролитической ячейки с исследуемой средой и измерении электрических параметров ячейки на фиксируемой частоте при различных межэлектродных расстояниях, причем измерения проводятся на одной частоте при разных межэлектродных расстояниях, а размеры частиц определяют на основе расчетных соотношений, полученных путем анализа математической модели прохождения переменного тока в дисперсной среде и данных измерений диэлектрической проницаемости и эффективного коэффициента подвижности ионов в жидкой фазе.

а 5 ,4

108 см

540 А.

Формула изобретения Низкочастотный электрогидродинами- ческий способ определения эффективного размера сферических частиц в нестратифицированных дисперсиях электропроводных частиц в жидкостях с меньшей электропроводностью, заключающийся в приложении к плоским электродам электролитической ячейки с исследуемой средой синусоидального переменного напряжения, создающего в исследуемой среде электрическое поле напряженностью до 100 В/м, и измерении на фиксированной частоте электрических параметров ячейки, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа за счет устранения предварительных тарировок и повышения его функциональных возможно- стей за счет применимости для суспензий частиц нейтральной опавучести, а также

F

ф зГ-Л-- F C2J-1- Qf(Li - L2)

За ;

7 Li/RiS-, электропроводность дисперсии, а - объемная концентрация flHcnepc1- ной фазы, S - площадь электрода. о - круговая частота приложенного к электродам переменного электрического напряжения, а г , где 10mrm a 100A,

00

/ rnf(r)df, (n 3. момент функо

ции распределения частиц по размерам f(r), О ох 100 Гц.