Способ контроля степени дисперсностиизМЕльчЕННыХ ТОКОпРОВОдящиХМАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ТОКОПРОВОДЯЩИХ. МАТЕРИАЛОВ

астиц, пропорциональной их размеру, зменяется концентрация материала ежду электродами, а следовательно, иэлектрическая проницаемость смеси. По скорости изменения диэлектриеской проницаемости судят о дис- е еренести материала З,

Однако при помощи эт.ого метода ожно оценивать дисперсность порошообразных материалов только в предеiax размеров частиц от 100 до 0,05 мк, |Q ричем для порошков тяжелых веществ верхняя граница понижается до 50-. 20 мк, так как чем больше размер частицы , тем больше ее вес, тем быстрее она оседает и тем труднее заре- . гистрировать изменения в суспензии.

Этюл методом можно определить исперсный состав только гомогенного по химическому составу материала. Если же контролируемый материал представляет собой смесь частиц различ- 20 ных веществ, то в связи с их различным удельным весом не удается по скорости оседания под действием силы тяжести определить размеры.

На точность измерений этим спо- 25 собом влияет температура окружающей среды. Плотность и вязкость жидкостей с изменением температуры меняются, это сказывается на значении стоксовской постоянной - меняются чп скорости осаждения частиц.

Этот способ также нельзя использовать для автоматического непрерывного контроля в технологическом потоке, так как он по сути является дискретным (необходимо определенное ВР&МЯ, чтобы частицы осели),

Цель изобретения - расширение диапазона измерения и обеспечение возможности контроля гетерогенных по химическому составу материалов. 40

Цель достигается тем, что в известном способе контроля степени дисперсности измельченных токопроводящих материалов путем измерения электрической емкости создают на пове- j рхности изолированного электрода сплошной слой контролируемого материала высотой, значительно (например на порядок) превьЕиахяций средний размер частиц, а емкость измеряют е0 между изолированным электродом и контролируемь материалом. Причем сплснпной слой контролируемого материсша на поверхности изолированного электрода получают путем создания проходящего по этой поверхности нерперывности потока материала, а измepя2 вJe значения емкости интегрируют за определенный промежуток времени.

Так как величинА емкости в дай- 60 ном случае зависит только от степени шероховатости второго электрода (сплошного слоя контролируемого токопроводящего материала), которая является функцией только размера частиц65

и практически не зависит от веса чатиц и удельного веса материала, то этим способом можно измерять крупность частиц практически в любом диапазоне и контролировать как гомогенный, так и гетерогенный по химическому составу токопроводящий материал.

Тот факт, что высота слоя, контролируемого материала, значительно например на порядок ,гГревышает средний размер частиц, гарантирует сплоuii(ocTb слоя, а слой контролируемого материала только при этом условии может служить вторым электродом конденсатора, образованного системой иэолированный электрод-контролируемый материал.

Сплошной слой может быть получен движущимся потоком токопроводящего материала по поверхности изолированного электрода, что повьлиает точность измерения, так как при конкретных условиях создания потока и достаточном времени интегрировани исключается случайная сшхибка измерения, связанная со случайным взаимным расположением частиц однократного измерения.

Кроме того, использование при измерении сплошного движущегося слоя материала значительно упрсяцает техническую реализацию устройства автоматического контроля на основе предлагаемого способа.

Предлагаелшй способ заключается в следующем.

Получают на поверхности изолированного электрода путем создания проходящего по этой поверхности непрерывного потока сплошной слой контролируемого материала высотой, значительно, например на порядок/ превьаиаквдей средний размер частиц, и измеряют емкость между изолированным электродом и контролируемым материалом, интегрируя ее за определенный промежуток времени.

Измерительный (показывакяций или регистрирующий)прибор градуируется сразу в единицах среднего размера частиц, так как емкость в данном случав связана со средним размером частиц по формуле

С.

С - емкость системы, изолидерованный электрод-контролируемый материал

Ед - диэлектрическая проницаемость вакуума;

Р - средний радиус частиц контролируемого материала;

Кр - коэффициент пропорциональ ности;

drj- - толщина слоя диэлектрика: Eg. диэлектрическая проницаемость диэлектрика S - площадь пластины. На фиг. 1а изображена принципиал ная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 16 2а и 26 дан вывод завидимости измеряемой емкости от среднего размера частиц при данном способе измерения На металлической пластине I (фигЛа) с диэлектрическим покрытием 2, служащий электродом, сюэдан спло шной слой контролируемого материала 3 -г углеграфитовой шихты со средним диаметром 1-10 мм и высотой 10-100м (слой получен, например, путем созд ния проходящего по этому электроду непрерывного потока материала доста точной высоты). Пластина 1 и поток контролируемо го материала 3 электрически соединены со входом измерительной схекш 4, Измеряется емкость между частнца ми материала и металлическим электродом, которая является функцией среднего диаметра частиц коит1Х лйру емого материала. .В качестве измерит льной схемы может быть выбрана любая схема измерителя величины электрической емкости, включакицая интег рирующее устройство. Если выделить бесконечно мальй объем U.V (фиг. 1а), ограниченный сверху поверхностью F (х, у) проекция л5 этой поверхности на плоскость ХОУ показана на фиг. 16, то в пределах этого объема можно считать F (х, у) F (х, у) const. Рассмотрим электрическую емкость ЛС указанного объема дУ, которую можно представить как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов с площадью д5, у которых между электродным изолятором служит соответственно диэлектрик с толщино dg и воздушное пространство между верхней поверхностью диэлектрика к поверхностью F (х, у), высотой dlji ДС( С|з .с где Сл - емкость части объема V, занятой воздушным пространством;дС g-- емкость части объема aV, занятой диэлектриком. Учитывая, что исследуемый материал является проводящим, и, используя принцип суперпозиции, легко доказать, что результирующая электрическая емкость С между металлической пластиной 1 со слоем диэлект рика 2 и слоем контролируемого материаша 3 определяется последовательньм соединением двух конденсаторов с площадью пластин S,. у которых междуэлектродным изолятором служит диэлектрик с толщиной. d. и воздушное пространство высотой dt (условный воздушный промежуток), J-JF(X,))dS rdxJF(x,v)dv .- о о bW .C.0tj где Cg. и - емкости рассматриваемых частей системы, занятых соответственно диэлектриком и воздушным пространством, которые определяются по приведенным ниже формулам loioS Ч ,, диэлектрическая проницаемость слоя диэлектрика} диэлектрическая проницаемость вакуума где ЕА - диэлектрическая проницаемость воздуха. Такшы образом, подставив в выражение (3} значения С л- и С из ВЕфажений (М и (5) получ1 м, «о 5 .1а . Ьэкв { В формуле (6) от грансостава исследуемого магериала зависит только величина dtj , поэт,ому, введя обозначения . и записать:Найдем теперь зависимость условного воздушного промежутка d,oT среднего размера р частиц материала. Для реальных частиц измельченных . материалов точное математическое выражение поверхности (x, у)представить невозможно в связи с большим количеством частиц различных размеров и форм, а также различными условиями их контакта со слоем диэлектрика. Однако для оценки метода досточно определить порядок зависимости dfeaiia ® Р сРвД размер частиц. Предположим; что частицы монодисперснрго материала имеют шарообразную и расположены на поверхности слоя диэлектрика (фиг. 2а). Рассмотрим зависимость () на модели конденсатора, образованного поверхностью нижней половины ара радиусе / и его проекцией на плоскость ХОУ (фиг. 26). Используя сферические координаты и введя обозначения X - р sin в , у р sin sin4; Z р cos 9 ; ds - р sin в d odf; d р Z «pd+cos 9) ; получаем следуквдее выражение электрической емкости рассматриваемого конденсатора 6 ТГ psihQded f-р- А sine °д р (СОбЭ) 1+co где oi - угол контакта majpa с плоскостью. Для приведения интеграла к табл чному виду произведем замену переменных и пределов интегрирования cos е - t; dt -sined9; t cos (Г; (-ot) ; cosC-OJ-ot) rs() C05efC- l) ...pj . ° .cosdc-a.) ,fo2 p( -e. f jaicpEn « cos{«-cl)(81 с другой стороны, емкость этого же конденсатора согласно выраже нию (5) равна: . ч.- - J- Ъ экв ° b экв Отсюда следует, что d г , Ъ экв с . Подставив в последнюю формулу значение С из выражения (8), получаем искомую зависимость зэив Ьэкв (лы) . или, обозначив 2tntl+CO6(fE-el)l4epe3 1 получаем Ъэкъ рР(9 где К - коэффициент пропорционал . f ности, oпpeдeляв ЯJй экс периментально для конкр ных материалов. Из выражений (7) и (9) получаем зависимость емкости между изолиро ванным электродом и коИтролируе ам материалом от величины среднего р мера частицК. Таким ооразом, измеряя емкость ежду изолированна электродом и расоложенным на нем сплошным слоем онтролируемого материала., по формуе (10) можно определить средний азмер частиц материала. Предлагаемый способ позволяет повысить оперативность контроля грансостава шихты и производить измерения дисперсности материала в потоке, непосредственно на технологической линии. Формула изобретения Способ контроля степени дисперсности измельченных токопроводяЕщх материалов путем измерения электрической емкости, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений на поверхности изолированного электрода размещают сплошной слой контролируемого материала, толщина которого не менее, чем на порядок превышает средний размер частиц, подводят к слою потенциал и измеряют емкость между слоем контролируемого материала и электродом, а средний размер частиц определяют по формуле . С- R где С - емкость системы, изолированный электрод-контролируемый материалf Eg - диэлектрическая проницаемость вакуума Кр - коэффициент пропорциональ НОСТИ 9 °-ВД слоя диэлектрика; д - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S - плсядадь пластины электрода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Чернов Б. Чтобы узнать, когда сотрут в порошок.- Техника и наука, 1976, №7, с. 10. 2.Заявка Великобритании № 1341841 01 N, опублик. 1971. 3.Эме Ф. Диэлектрические измерения. М., Химия, 1967, с. 155-1.59 (прототип).

.y)

3333