Способ определения размеров частиц Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для контроля размеров и концентрации частиц, в частности в химико-фотографической промышленности для контроля физического созревания эмульсии. Известны способы определения раз меров частиц по рассеянию света р. Однако при практическом осущэств лении этих способов большую ошибку результаты измерений вносит Загрязнение окон кйветы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения размеров частиц, заключающийся в том, что через кювету под равными углами к плоскости входного окна пропускают два луча света и сравнивают интенсивности первого луча, прямо прошедшего Через кювету и выходящего под некоторым углом к плоскости выходного окна и пучка, образующегося при рассеянии второго луча в заданном объеме кюветы и выходящего из кюветы под тем же углом к плоскости выходного окна, что и первый луч .2. Недостатком данного способа является то, что для определения час-i тии из данных о мутности, полученных этим способом, необходимо знатх либо концентрацию частиц, либо проводить измерения при неизвестной, но одинаковой для .частиц всех размеров концентращ ий. Цель изобретения - исключение зависимости результата иэмерений от концентрации частиц. Цель достигается тем, что через входное окно кюветы пропускают третий луч света под тем же углом к плоскости входного окна, что и первые два луча и сравниваютинтенсивности пучка, образующегося при рассеянии второго луча,и пучка, образующегося при рассеянии третьего луча в заданном объеме кюветы, в котором он рассеивается под тем же углом, что и пучок, рассеянный вторым лучом, и выходит из кюветы под тем же углом к плоскости окна, что и прямо прошедший луч, причем оптические пути всех пучков в кювете различны. На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа. Устройство состоит ИЗ лазера 1, пирам адй 2 с зеркальными гранями, зеркал 3-5, входного и выходного окна 6 и 7, лучей 8-10, заданных объемов 11 и 12, светоловушек 13 и 14, объективов 15-17, фотоприемников 18-20, блоков 21 и 2 измерения отношений, регистрирующих приборов 23 н 24. Устройство работает следующим об . Луч лазера 1 расщепляется на три луча пирг1мидой 2 с зеркальными гранями. Эти лучи зеркалами 3-5 направляются на входное окно б кюветы, входное окно кюветы ориентировано так, что все три луча пересекают плоскость окна под одинаковым угломfПервый луч 8 выходит через вы ходное окно 7 кюветы и фокусируется объективом 17 на фотоприемник 20. Пучок света, образующийся при рассеянии второго луча 9 в заданном объеме 12, вьшедший через окно 7, фокусируется объективом 16 на фотоприемник 19. Пучок света, образую1411ЙСЯ при рассеянии третьего луча 1 в заданном объеме 11, вышедший чере окно 7, фокусируется объективом 15 «а фотоприамник 18. Светоловушки 13 и 14 служат для поглощения перво го и второго лучей. Сигнадш с фотоприемников 19 и 20 подсцотся на блок 22 измерения отношения сигналов, зн чение и. которого отсчитывается по прибору 24. Сигналы с фотопрнемнико IS и 19 подаются на блок 21 измерения отношения сигналов, значение Uj которого отсчитывается по прибору 2 Интенсивности вьаиедших из кюветы пучков определяются выражениями .Q. (v,{.,9). U la--bV i,;Cioe 4p((r,e)v,tte Я где 1, интенсивность первого пучка, прямо прошедшего через кювету; интенсивность пучка, рассе явного вто{%Ф лучом, выоедшего из кюветы через выходное окно; 1 - интенсивность пучка, рессе янного третьим лучом, вышедшего из кюветы через выходное окно; коэффициент ослабления измеряемой среды; п - концентрация частиц .(число частиц в единице объема) 51 эС) - сечение ослабления частицы размером г; р(г) - сечение рассеяния частицы 1 размером г; Mr,Q) - индикатриса рассеяния част цы рамером г под углом -fr, Vj - объем, с которого снимается свет, рассеянный втором лучом; бъем, с которого снимается свет, рассеянный третьим учом; телесный угол, в котором принимается свет, рассеянный вторым лучом; телесный угол, в котором принимается свет, рассеянный третьим лучом; путь, проходимый первым лучом в кювeтeJ путь, проходимый вторым ЛУ. лучом в кювете от входного окна до точки рассеяния;путь, проходимый пучком рассеянного вторым лучом света до выхода из кюветы путь, проходимый третьим , в кювете от входного окна до точки рассеяния:путь , проходимый пучком рассеянного третьим лучом света до выхода из кюветы; постоянные, определяющие распределение интенсивности источника по лучам и потери света в оптике; пропускание входного окна кюветы; пропускание выходного окна кюветы. уя равенства (1), (2), {3) сать выражения для измеряе ний интенсивностей )i(r,9Wi«e4 |% ,-t,V 5 ® 2 г 2-Ц-з 4-.,|g.-(r,) .,. -,- - безразмер{Ui Ua-U -L ML2)i яая постояннаяb аЯа(ьу2 -безразмерсная ПОСТО янная; Itbg b -безразмер«V l4 4 3ная постоянная (6),; ,.u; -постоянная не равна нулю, вследствие выбора путей второго и третьего лучей (7У ния и и U не зависят от ия окон кюветы, поскольку пропускания окон кюветы равны для всех трех пучков и при измеренииотношения они сокращаются. Используя уравнения (k) и(5) можно выразить независящую от концентрации величину X Saif){ne) через экспериментально определяеъш величины и и и 2 и постоянные Х-5Ш л (г т- -. . U )( Постоянные оС и L однозначно определяются размерами кюветы и вычисляются по уравнениям (6) и (7), где L. , -, 1-2, L. L. измеряются непосредственно. Постоянная d определяется известнЕл образом из Уравнения (5) при измерении величины и2 для взвеси частиц с эталонным коэффициентом ослабле ния - (i. После этого постояииая Я определяется из уравнения (4) при одновременнсм измерении величин и и взвеси частиц с эталонным значением величины (г.-б;) Например это может быть взвесь Рэлюевских, аепоглощающих частиц, для которых () 1, а индикатриса рассеяния известна. Действительно, из уравнений (k) и (5) находим и«О. у- tp(rV. 1 (г ЯШ. -}fr erf-fo -i4 2э(и 29{v-) d л d Поскольку в правой части этого равенства величина5 4 1 (г,Q) извест на, постоянные о1 и cf ойределены, а и и Uj измерены, оно однозначно определяет постоянную q. Таким образом, определяемая равенством (8) через измеряеьше опытным путем величины U и II, величина X может служить мерой размеров частии, независимой от их концейтЗра ции. При этом сохраняется независимость результата измерений от загрязнений, окон кюветы. Предлагаемый способ существенно повышает точность измерения размеров дисперсных частиц и уменьшает затраты на очищение окон кюветы от загрязнения и тем самьм првышает экономическую эффективность использования устройств измерения размеров частиц в производственных условиях. Формула изобретения Способ определения размеров частиц, зак почакицийся э том, что через кювету под равньвли углс1ми к плоскости входного окиа пропускают два луча света и сравнивают интенсивности первого луча, прямо прошедшего через кювету и выходяцего под некотор1:В4 углом к плоскости выходного окиа, и пучка, образующегося при рассеянии второго луча в заданном объеме кюветы, и выходящего из кюветы под тем же углсш к плоскости выходного окна, что и первыЛ луч, отличающийся тем, что, с целью иск шчення зависимости результата измерений от концентраujKK частиц, через входное окно кюветы пропускают третий Jty4 света под тем же утясал к плоскости входногб окна, что и первые два луча, и сравнивают ивте«сивиости пучка, образующегося при рассеянии второго луча, и пучка, образую1 гося при рассеянии третьего луча в заданном объеме кюветы, в котором он рассеивается иод тем же углсш, что и пучок, рассеянный вторым лучом, и выходит из кюветы под тем же углом к плоскости окна, что и прямо прошедашй луч, причем оптические пути всех пучков в кювете различны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Coll rns Е. А., Davidson А., Daniels С.А. Rewiew of Common Ме-thods of Particle Size Heaserment I.of Paint Technology 47, 604, 1975, p, 33-41. 2.Патент Великобритании № 1414038 6 0) N 21/00, опублик. 1970 (прототип) .