Способ определения среднего размера капель (дисперсности) эмульсий Советский патент 1975 года по МПК G01N29/02 G01B17/00 

1

Изобретение относится к способу определения среднего размера капель (дисперсности) эмульсий, применяемых в самых различных областях народного хозяйства.

Известен способ Коултера, в основе которого лежит метод кондуктометрического анализа, заключаюш,ийся в том, что через капиляр, в который впаяны электроды, пропускается эмульсия. При прохождении через капиляр капель дисперсной фазы регистрируется изменение электропроводности в виде импульса электрического «спряжения, величина которого зависит от размера шарика дисперсной фазы. Число и величина импульсов подсчитываются счетно-решающим устройством, выдающим данные о дисперсности эмульсии.

Этот способ обладает следующими существенными недостатками:

1.Перед анализом эмульсия требует значительной подготовки - разбавления до определенной концентрации и смешения с солевым раствором.

2.Применим только для эмульсий типа масло - вода.

3.Анализируемые частицы должны быть соизмеримы по размеру с капиляром, т. е. необходимо предварительно микроскопическое исследование эмульсии и подбор соответствующего капиляра. Следовательно, метод применим практически для монодисперсных эмульсий.

Целью предлагаемого способа является определение среднего размера капель эмульсий прямого и обратного типа непосредственно в рабочем объеме в реальном масщтабе времени.

Особенностью предлагаемого способа является то, что для нахождения среднего размера капель эмульсий измеряют поглощение ультразвука, концентрацию дисперсной фазы и электропроводность эмул ьсии, по величине которой судят о типе эмульсии.

Экспериментально была установлена следующая зависимость:

(a-a,)-IgC-a,

где а - поглощение в дисперсной фазе;

ао - поглощение в дисперсионной среде; С - концентрация дисперсной фазы;

а,Ь - коэффициенты, зависящие от природы веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Таким образом, определение среднего размера капель эмульсии осуществляется путем измерения коэффициента поглощения ультразвука эмульсией и концентрации дисперсной .фазы. Кроме этого, для однозначного выбора коэффициентов а, Ь, определяется тип эмульсии замером ее электропроводности. Для

прямых эмульсий характерна электропроводность, на порядки превышающая электропроводпость обратных эмульсий. Средний размер капель эмульсии рассчитывается по формуле:

lgr.(a-«o)-lgC-a.

Предлагаемый способ позволяет определять средний размер капель эмульсий любой дисперсности. Эмульсия не нуждается в предварительной подготовке, измерения производятся в реальном масштабе времени, что дает возможность создания цепиобратной связи с целью управления технологическим процессом приготовления эмульсии.

На фиг. 1 дана принципиальная схема прибора, с по-мош,ью которого осуществляется предложенный способ; на фиг. 2 - измерительная ячейка; на фиг. 3 приведена зависимость величины коэффициента поглощения ультразвука частоты f от концентрации дисперсности.

Прибор работает следующим образом.

С генератора 1 импульсное напряжение / ВЫСОКОЙ частоты порядка нескольких МГц подается на пьезоизлучатель 2, излучающий ультразвук в двух направлениях. Пьезоприемники 3 и 4 с резонансной частотой превращают энергию ультразвука в электрические колебания. Напряжение с пьезоириемников подается на логарифмические усилители 5 и 6. Так как коэффициент поглощения ультразвука определяется по формуле

f/i

Inи.

а А;

где Ui и L/2 - напряжения, снимаемые с пьезоприемников, Находящихся на расстоянии А и /2 соответственно от пьезоизлучателя, &1 - постоянный коэффициент, равный /i-Iz, то для получения значения а, усилители пьезоприемников ИМеют нагрузку с логарифмической характеристикой. В качестве такой нагрузки используются полупроводниковые диоды 7 и 8, работающне на логарифмическом участке характеристики. Резисторы 9 и 10 исправляют форму реальной хара ктеристики диодов. Таким образом при последовательном прохождении импульсов от пьезоприемников сигналы на нагрузках усилителей будут пропорциональны InUi и соответственно. Эти сигналы поступают на накопительные цепочки (диод II конденсатор 12 - диод 13 конденсатор 14). В момент срабатывания ключей, собранных ПО типовой схеме на транзисторах 15 и 16, частота срабатывания ключей равна частоте импульсов генератора 1, но импульсы, поступающие на ключи, задержаны относительно основных на несколько десятков МКсек блоком 17 задержки, т. е. на время, достаточное для прохождения импульсов через эмульсию и накопления на указанных цепочках. Емкости 12 и 14 разряжаются на резисторы 18 и 19, таким образом напряжение в точках а п b равняется разности напряжений на конденсаторах 13 и 14, то есть пропорционально а. Напряжение, пропорциональное а, через блок 20, служащий для ввода поправочного коэффициента к коэффициенту поглощения 5 ультразвука, подается на логарифмический усилитель 21.

Для определения концентрации служит денситометр. Он состоит из генератора 22 низкой частоты порядка 300-600 Гц, мостовой схемы, в состав которой входит тензодатчик 23, укрепленный на плоской пружине 24, и тензодатчик 25, служащий для термоком-пенсации. Плоская пружина соединена с ноплавком 26, помещаемым в эмульсию. Конструктивно пло5 екая пружина и поплавок помещены в ячейку (см. фиг. 2). При изменении плотности эмульсии изменяется выталкивающая сила, действующая на поплавок, пружина деформируется, и в диагоналях с, d моста появляется сигнал,

0 который усиливается логарифмическим усилителем 27.

Сигнал, снимаемый с логарифмического усилителя, пропорционален in р. Так как (PI-p2)-fp2 где р - измеренная плотность эмульсии, PI и Ра - плотности дисперсной и дисперсионной фазы, С - концентрация дисперсной фазы, выраженная в объемных долях, то напряжение с логарифмического усилителя 27 подается на делитель 28, состоящий

0 из потенциометров, проградуированных в единицах плотности. С выхода делителя снимается сигнал, пропорциональный 1пС.

Для определения значения дисперсности сигналы с логарифмического усилителя и де5 лителя подаются на схему вычитания сопротивления 29 и 30, напряжение с точек т, п подается на индикатор, проградуированный в единицах дисперсности. Для введения поправок к коэффициенту поглощения в соответствии с тином эмульсии использован сигнал от кондуктора. В состав кондуктометра входит платиновый электрод 31, конструктивно находящийся в ячейке (см. фиг. 2). В качестве второго электрода использован стакан 32. К электродам подведено переменное напряжение от генератора 22 через небольшое сопротивление 33. Информация о концентрации дисперсной фазы снимается с клеммы 34.

Предмет изобретения

Способ определения среднего размера капель (дисперсности) эмульсий, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения измерений непосредственно в рабочем объеме в реальном масштабе времени эмульсий прямого и обратного типа, измеряют поглощение ультразвука, концентрацию дисперсной фазы и электропроводность эмульсии, по величине которой судят о типе эмульсии, и определяют искомую величину по формуле:

Ig--b Ig(a-aJ-lgC-a,

средний радиус капель;

коэффициент поглощения ультразвука в эмульсии;

коэффициент поглощения ультразву- 5 ка в дисперсионной среде;

С - концентрация дисперсной фазы; а, b - коэффициенты, зависящие от природы веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды и от типа эмульсии.