Устройство для гранулометрическогоАНАлизА МиКРОчАСТиц Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 

1

Изобретение относится к приборам для контроля параметров двухфазных потоков, например, в линиях пневматического транспорта сыпучих и порошкообразных материалов и может быть использовано в мясной и молочной промьииленности для определения гранулометрического состава дисперсных пищевых продуктов. . .

Известно устройство для определения количества и геометрических параметров анализируемых частиц, находящихся в электролите, содержащее разделительную перегородку с лшкроотверстием, диаметр которого соизмерим с размерами частиц, по обе стороны перегородки расположены электроды, включенные в цепь источника постоянного тока. Ансшиэируемое вещество прокачивается через микроотверстие и. при прохозвдении частицы через него происходит изменение электрического сопротивления межэлектрЬд 1ОГО промежутка, что приводит к появлению импульса напряжения, амплитуда которого пропорциональна объему частицы. Анализ числа импульсов и величины их амплитуд позволяет определить количество и размеры частиц исследуемого вещества 1.

Однако устройство не позволяет вести непосредственный кЬнтроль за технологическим процессом, так как его необходимо устанавливать отдельно, соединяя с соответствующим оборудованием подвода и отвода жидкости, что усложняет измерение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

0 устройство для определения концентрации твердой фазы, находящейся в жидкости, которое содержит измерительный блок и емкостной датчик, электроды которого расположены с внешней

5 стороны капиллярного канала для прохода исследуемой суспензии, причем для достижения необходимой чувствительности внутренний диаметр капилляра должен быть соизмерим с диаметром

0 миделеева сечения измеряемых частиц. При прохождении твердой частицы межэлектродного пространства происходит .изменение емкости датчика, что вызы-, вает появление импульса напряжения

5 в измерительной схеме, величина которого пропорциональна объему частиц

2J.

Эксплуатация устройства не обеспечивает требуемой точности и необходимого диапазона измерений. Кр ме того, устройство имеет невысокую чувствительность.

Эти недостатки объясняются тем, что известное устройство гранулометрического анализа микрочастиц в качестве чувствительного элемента содержит емкостной датчик, являющийся реальным конденсатором. Электрическо поле измерительного объема такого конденсатора, в отличие от идеального, не ограничено геометрическими размерами электродов датчика, а плавно уменьшается до нуля на значительном расстоянии,от боковых граней электродо-з конденсатора. Ввиду этого измерительный объем датчика устройства имеет большую протяженность, что является причиной возрастания вероятности одновременного попадания в него нескольких частиц. Наличие краевых эффектов приводит также к увеличению емкости измерительного обьеаМа и тем самым понижает чувствительность устройства. Кроме того, известное устройство пригодно для анализа веществ с небольшим диапазоном дисперсности частиц. Это объясняется тем, что для определения размеров микрочастиц используется зависимость амплитуды от диаметра частиц, которая, как известно, является кубической и при изменении диаметра микрочастиц, например от 1 микрометра до 40, величина амплитуды увеличится в 64000, что приводит к запиранию усилителя измерительного блока. В связи с этим для борьбы с ошибкой от совпадения частиц и увеличения точности результатов анализа, применяются специальные методы и устройства контроля, что значительно усложняет и удорожает измерительную схему. К этому же приводит необходимость использования нескольких датчиков с разными геометрическими параметрами электродов и межэлектродного пространства с соответствующими системами прокачки анализируемых веществ при гранулометрическом анализе веществ с большим диапазоном дисперсности частиц, что объясняется недостаточной разрешающей способностью известного устройства.

Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение измерительной схемы устройства, а также увеличение диапазона дисперсности анализируемых частиц.

Поставленная цель достигается тем что емкостной датчик выполнен в виде трех пар электродов, из которых две крайние заземлены, причемширина всех электродов равна межэлектродному зазору, а расстояние между двумя крайними парами лежит в пределах 3,5-4 максимальных диаметров анализируемых частиц.

Установка двух пар вспомогательных заземленных электродов на расстояние

друг от друга не менее 3,5-4,0 максимального диаметра анализируемых частиц гарантирует линейное изменение длительностей импульсов сигналов в диапазоне измерения от минимального до максимального диаметра анализируемых частиц в соответстви-и с формулой

,

где tr - длительность импульсов сигналов;

D - диаметр анализируемых частиц;

К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических характеристик электродов датчика; С - постоянная, зависящая от ширины электродов датчика. Меньшая величина расстояния между вспомогательными электродами недопустима, так как при анализе частиц с диаметром большим, чем максимальный для данного расстояния, длительность импульса не возрастает в связи с ограничением начала возникновения и окончания импульса сигнала в результате наличия заземленных вспомогательных электродов.

: С другой стороны, установка вспомогательных электродов на расстоянии друг от друга не менее 3,54,0 максимального диаметра анализируемых частиц позволяет сконцентрировать измерительный объем в небольшом пространстве за. счет замыкания на них силовых линий электрического поля электродов емкостного датчика, что позволяет значительно уменьшить ошибку в результатах анализа от совпадения частиц. Кроме этого, уменьшение измерительного объема соответствует возрастанию объемной доли частиц,равнойгде VK - объем частицы;

V - измерительный объем. Как следует из формул для диэлектрической проницаемости гетерогенных систем, например Вагнера

),

(2)

где Е,Е, ,Е J - диэлектрические .проницаемости гетерогенной системы, среды и частиц Это приводит к сравнительному, по отношению к известному устройству увеличению Е, а следовательно и измерительной емкости при попадании частицы в .измерительный объем, что соответствует улучшению чувствительности предлагаемого устройства. Ширина измерительных электродов, равная межэлектродному расстоянию, обеспечивает такую же величину напряженности электрического поля в центргшьной части этих электродов, которая соответствует Нсшряженности и при отсутствии заземленных вспомогательных электродов. Так как зависимость длительности импульсов сигналов от диаметра частиц является линейной, а чувствительность предлагаемого устройства выше, что позволяет расширить диапазон измерений веществ.с большой дисперсностью анализируёАФЯх частиц, упростить обработку результатов анализа и измерительную схему.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит емкостной датчик, образованный двумя электродами 1, расположеиныдш с внешней стороны стенок канала 2, анализатор 3 длительностей импульсов, две пары вспомогательных заземленных электродов 4, которые установлены в пяоскойти расположения электродов 1 емкостного датчика симметрично им и на расстоянии О один от:другого не.менее 3,5-4,0 максимального, диаметра анализируемых частиц; измерительная-схема включает кроме анализатора 3 длительностей импульсов , трансформаторный мост 5,усилитель 6 и многоканальной счетчик 7 частиц. Ширина электродов 1 емкостного датчика равна межэлектродному расстоянию h.

Устройство работает следующим образом.

По кансшу 2 с постоянной скоростью обеспечивается поочередная подача частиц в измерительный объем, образованный вспомогательными заземленными электродами 4 и электродами емкостного датчика. При попадании частиц в измерительный объем датчика происходит изменение его емкости, в результате чего трансформаторным мостом 5 формируется импульс, длительность которого пропорциональна диаметру части цы, который усиливается усилителем 6

и анализируется анализатором 3 длительностей импульсов. Определение количества импульсов определенной длительности производите; прл помощи многоканального счетчика 7.

Расширение диапазона дисперсности, упрощение обработки результатов анализа приводит к увеличению производительности предлагаемого устройства. Упрощение измерительной схемы обеспечивает, в свою очередь, уменьшение стоимости устройства для определения гранулометрического составу дисперсшлх веществ.;

5

Формула изобретения

Устройство для гранулометрического микрочастиц, содержащее емкостной датчик, электроды которого

0 расположены с внешней стороны капиллярного канала, и измерительный блок, отличающееся тем, что,с целью повышения чувствительности устройства и расширения диапазона дисперсности измеряемых частиц, емкост5ной датчик выполнен в виде трех пар электродов, ширина всех электродов равна межэйектродному зазору, а расстояние между двумя крайними парс1ми в пределах 3,5-4 максимальных

0 диаметров анализируемых частиц, при-, чем две. крайние пары электродов заземлены.

Источники инфориации, приняты во внимание при экспертизе

5

1.Авторское свидетельство СССР № 439744, кл. G ObN 27/02, 1970.

2.Жуков (5.П. и Кулаков М.В. Высокочастотная безэлёктродная кондуктометрия. М., Энергия, 1963j с. 6781 (йрототип).