Способ измерения распределения порошков проводящих материалов по размерам Советский патент 1980 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к области порошковой технологии и обеспечивает решение задачи измерения распределения порошковых материалов по размерам. Известны способы измерения, основанные на седиментации дисперсной фа зы в дисперсионной среде под действием гравитацио.нного или центробежного поля 1. В качестве дисперсионной среды используют жидкость или газ. В случ использования жидкости объект измере ния тщательно подготавливают, расти рая его с жидкостью до состояния па ты. Суспензию обезжиривают, удаляют пузырьки газа. В случае газовой седиментации используют поток воздуха направленный против градиента силового поля, или непосредственное осе дание. При этом большое влияние ока зывает скорость воздушного потока в сильной степени влияют стенки установки, искажая результат до 50%, велико время измерения (2-4 часа). Наиболее близким к изобретению является метод накопления веса осад ка во времени или слоевой 2. Сущность его заключается в том, что исследуемый порошок помещают в виде суспензии над чистой дисперсионной средой, причем толщина слоя суспензии пренебрежимо мала по сравнению -с высотой слоя, в котором происходит седиментация. На расстоянии от поверхности суспензии располагается чашка весов для накопления осащка. Измеряя массу частиц и время за которое происходит выпадение частиц, можно определить интегральную функцию распределения частиц по размерам. Для получения кривой распределения необходимо продифференцировать данную функцию. Методика способа проста, но аппаратурное исполнение представляет значительные трудности. Необходимо тщательное термостатирование системы во избежании конвективных потоков и изменения вязкости, много порошка остается в суспензии, процесс измерения весьма длителен, необходимы чувствительные ансшитические микровесы, что увеличивает трудоемкость измерительного процесса. Целью изобретения является повышение точности и уменьшение времени измерения. Достигается это тем, что частицы располагают монослоем на заряжающем

электроде плоского конденсатора, соэ дают напряженность поля в межэлект-. родном зазоре 3-4 КВ/см, механически иницируют частицы к одновременному от рыву от заряжающего электрода, измеряют- изменение тока за время одн(рго пролета частицами межэлектродного расстояния и определяют радиус частиц пролетевших межэлектродное расстояние за одно и то же время и их количество по формулай

-|-4

El

i

OPg

ai .

2/ГШ5

де г - радиус частицы;

fo электрическая постоянная;

d - межэлектродное расстояние;

g - ускорение силы тяжести;

Е - напряженность электрического поля;

Г - вязкость среды;

Р -.плотность порошка;

t - время пролета частиц радиусом п

ni - число частиц определенного радиуса; ..

Щ - ток, текущий в момент t/i; - промежуток времени, выбранный с учетом дискретности измерения радиуса.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - график тока переноса и его изменение во времени.

Оно содержит заряжающий электрод 1, верхний электрод 2, источник напряжения 3, самописец тока 4, электромагнитный вибратор 5 и генератор 6. Частицы порошка обозначены цифрой 7.

Измерение осуществляется следующим образом. На заряжакхций электрод монослоем насыпают частицы порошка, затем выставляют напряжение такой величины, чтобы электростатическая сила, действуквдая на частицу, скомпенсировала силу веса.

На частицу, расположенную на заражаюцем электроде, действуют силы

(1)

где Fg - сила электростатического

поля ;

Fmg - сила веса; FCI - сила адгезии. Как показали исследования, для 5 частиц размером от 1 до 50 мкм Fg, превосходящая вес, создается полем напряженностью 3-4 КВ/см.

Значения силы адгезии в соответствии с исследованиями сведены в табл. 1. Здесь же приведены значения

Fp,g и FgДля частиц различных радиусов.

В данном способе необходимо, чтоб все частицы одновременно оторвались от нижнего электрода. Для этого не.обходимо преодолеть силу адгезии. При столь различных Р(Д это можно сде лать, например, с помощью вибрации нижнего электрода с частотой порядка 10-15 КГЦ, и амплитудой 0,1 мм с помощью электромагнитного вибратора 5 и генератора 6. При отрыве заряженных части 7 и движении их .к верхнему электроду 2 возникает ток переноса. Этот ток и его изменение во времени фиксируется в виде графика (см. фиг. 2) с помощью самописца тока (электронного или светолучевого осциллографа) 4. Для того, чтобы частицы не вступа ли в режиЬ автоколебаний между электродами, необходимо, чтобы они остались на верхнем электроде. С этой целью его можно покрыть либо липкой пленкой, либо использовать сетчатый

0,22 22 90 электрод с фильтром, в котором осядут частицы, преодолев межэлектродное асстояние. Для любой частицы, оторвавшейся от заряжающего электрода и движущейся в электрическом поле в стоксовском режиме, можно записать эс- е ° -l-nr or Е-б1спг 3-icr g.0, (3) де ЕО электрическая постоянная; г - радиус частицы; Е - напряженность электрическо-. го поля; - вязкость среды; d - межэлектродное расстояние; t - время пролета межэлектродного зазора; Р - плотность вещества; g - ускорение силы тяжести. Относительно г уравнения (3) име ет вид ,5n:: ;:r--0(4 Исследовав уравнение (4) на экстремум убеждаемся, что значение второго корня лежит выше 100 мкм, и, следовательно, в данный диапазон измерения не входит, Взяв из графика любое значение t, соответствующий ему радиус находят по формуле ре считая, что частицы одного радиуса преодолевают межэлектродное расстояние за одно время. В.зависимости от того, с какой степенью дискретности необходимо строить гистограмму распределения по размерам, разбивают время прохождения тока на участки ti и определяют значение суммарного заряда др.перенесенного за этот промежуток, 3 за это время не считая, что ток .изменится Отсюда определяют число частиц п создающих ток li за время &t , Q-n.q., С учетом того, что q чис ло частиц данного падиуса находят по формуле П1 - 3-. j:-i(в l;-iTC ec.rfE Использование данного способа име ет ряд преимуществ: упрощается процесс измерения, так как нет необходимости измерять массу перенесенного вещества, что дает при бавку вточности измерения на 2-3%, отсутствует влияние стенок измерительной камеры, так как частицы дв жутся вдали от них, т. е. отсутствуе эффект скольжения, вносящий погрешность до 50%, фиксируется только электрическая величина - ток, что также упрощает запись измерительного процесса. В прототипе необходимо фиксировать изменение массы во времени, уменьшается время анализа до нескольких секунд (у прототипа 2-3 часа). отсутствует влияние врешних возде ствий за счет нагрева, приводящее к изменению вязкости и возникновению конвективных потоков дисперсионной среды, основная погрешнос1гл предлагаемого метода составила 10-12% по отношению к микроскопическому анализу, в то время, Kak основная погрешность седиментационного метода 15-50%. X Формула изобретения Способ измерения распределения порошков проводящих материалов по размерам, заключающийся в помещении слоя порошка на границу с вязкой средой и определения времени прохождения заданного расстояния, отличающийся тем, что, с целью повьлирния точности и уменьшения времени измерения, частицы располагают монослоем на заряжающем электроде плоского конденсатора, создают напряженность поля в межэлектродном зазоре 3-4 КВ/см, механически инициируют частицы к одновременному отрыву от заряжающего электрода, измеряют изменение тока за время одного пролета частицами межэлектродного расстбяния и .определяют рсщиус, частиц, пролетевших межэлектродное расстояние за одно и то же время и их количество по формуламГл--И, Ii 2( где ri - радиус «гастицы; o - электрическая постоянная; d - межэлектродное расстояние; g - ускорение силы тяжести; Е - напряженность электрического поля; Г - вязкость среды; р - плотность порошка; ti - время пролета частиц радиусом ri; число частиц определенного рдциуса; ток, текущий в момент ti; промежуток времени, выбранный с учетом дискретности измерения радиуса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ходаков Г. С. Основные методы дисперсного анализа порошков. - М. , Изд. литературы по строительству, 1968. 2.Паничкина В. В. и Уварова Н. В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков. - Киев, Hayкова думка , 1973 с. 167.

Y/77 7/ //7/77//7}

--Q-P- /.fl .Q. P. fl У///У//////77///уЛ