Устройство для определения поверхност-НОгО НАТяжЕНия жидКОСТЕй Советский патент 1981 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерительным устройствам физико-хнмических параметров л идких сред, и может быть использовано для автоматического контроля концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в растворах с концентрацией ПАВ выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ), а также их динамического поверхностного натяжения (ДПН), непосредственно на технологическом потоке. Известно устройство для измерения поверхностного натяжения (ПН) жидкостей, работающее по методу максимального давления в газовом пузырьке, выходящем из отверстия калиброванного капилляра, содержащее пневматическую дроссельную и электрическую схемы измерения, пневматический преобразователь, капилляр и барботажную трубку, установленную на одном уровне с капилляром. В этом устройстве исключено влияние глубины погружения измерительного капилляра в жидкость и ее плотности на результаты измерения ПН 1. Однако с помощью такого устройства нельзя измерить концентрацию ПАВ в растворе, так как его схемой не предусмотрена стабилизация времени существования измеряемой поверхности раздела фаз. Наиболее близким техническим рещением является устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом пузырьке, содержащее двухкапиллярный измерительный прибор, проточную кювету и схему измерения 2. В этом устройстве исключено влияние глубины погружения измерительного капилляра в жидкость и ее плотности на результаты измерения, имеется возможность настраивать в широких пределах время существования исследуемой поверхности раздела фаз жидкость - газ и стабилизировать любое из требуемых значений. Это дает возможность измерения с помощью такого устройства ДПН непосредственно на технологическом потоке в промыщленных условиях, а при строго фиксированном времени существования поверхности раздела фаз по измеренному ДПН можно определять концентрацию ПАВ в растворе. Недостатком указанного устройства является измерение концентрации ПАВ в растворах только до критической концентрации мицеллообразования (ККМ), при которой ДПН для заданного времени существования поверхности раздела фаз достигает наименьщего значения и нри дальнейщем увеличении концентрации остается неизменным. Величина минимального значения ПН при этом зависит от применяелюго в растворе ПАВ. Концентрация ПАВ, соответствующая ККМ, колеблется в пределах от 1 до 3%.

Целью изобретения является расширение диапазона определения концентрации ПАВ в растворах выше критической концентрации мицеллообразования.

Для этого устройство дополнительно снабжено регулятором соотношения потоков раствора поверхностно-активного веш,ества и его растворителя, исполнительным устройством и смесителем, причем выход регулятора соотношения соединен с входом исполнительного устройства, а смеситель соединен с входом проточной кюветы.

На чертеже приведена схема устройства для определения концентрации ПАВ в растворе выше ККМ. Устройство состоит из двухкапиллярного измерительного прибора 1, работаюш,его по методу максимального давления в газовом пузырьке, регулятора соотношения двух потоков 2, исполнительного устройства 3, смесителя 4, проточной кюветы 5 и линий подачи раствора ПАВ 6 и его растворителя 7.

Пзмерительный двухкапиллярный ирибор 6 предназначен для оиределения концентрации ПАВ в технологическом растворе неиосредственно на потоке по измеренному ДПН, ири концентрации ПАВ в растворе ниже ККМ. Первый и второй входы регулятора соотношения 2, прнменяемого в устройстве (например, регулятор ПР3.23 системы «Старт), через разделительные сосуды 8 соединены соответственно с линиями подачи исследуемого раствора ПАВ 6 и его растворителя 7. Выход регулятора соединен с входом исполнительного устройства 3.

Величина регулируемого соотношения, настраиваемая с помош;ыо регулятора ПРЗ.23, может находиться в пределах от 0,1 до 1,0.

Исполнительное устройство 3 (например, типа ПКН) состоит из регулируюш,его клапана и исполнительного механизма и предназначено для регулирования расхода одного из смешиваемых потоков.

Смеситель 4 конструктивно выполнен в виде емкости с двумя входными и одним выходным штуцерами.

Проточная кювета 5 предназначена для непрерывного отбора и обеспечения плоскопараллельного течения исследуемого раствора ПАВ в процессе измерения.

Конструктивно измерительная кювета выполнена в виде желоба с входным штуцером, соединенным с плавнорасширяюш,имся раструбом, расположенным на уровне дна, и выходным штуцером с плавносужающимся раструбом, расположенным на уровне переточной кромки, ограничиваюш,ей верхний уровень исследуемого раствора в кювете.

Определение концентрации ПАВ в растворах выше ККМ осуш,ествляется следзющим образом.

Поток измеряемого раствора ПАВ с концентрацией выше ККМ непрерывно отбирают из технологической линии его подачи 6 и под избыточным давлением подводят к смесителю 4. По второму трубопроводу 7 под избыточным давлением в смеситель непрерывно подводят чистый растворитель исследуемого раствора ПАВ. Потоки ПАВ и его растворителя с избыточным давлением через разделительные сосуды 8 поступают на вход регулятора соотношения двух потоков 2, который поддерживает заданную величину соотношения расходов потоков. Угфавляюи;ий пневматический сигнал с выхода регулятора поступает в верхнюю управляюш,ую камеру мембранного исполнительного механизма, приводящего в движение шток, соединенный с плунжером нроходиого регулирующего клапана. Регулирующий кланан пропорционально входному управляющему снгналу регулирует расход растворителя ПАВ в линии, поступающего в смеситель 4. С выхода последнего раствор ПАВ с концентрацией ниже ККМ иоступает в проточную кювету 5. Измерительный капилляр и барботажную трубку двухкапиллярного измерительиого прибора 1, установленного над проточной кюветой 5, погружают в движущийся через нее исследуемый раствор ПАВ. С помощью соответствующих ручек настройки, расположенных на передней панели двухкапиллярного прибора для измерения ПН, настраивают необходимую частоту образования нузырьков из измерительного капилляра и барботажной трубки (время существования поверхности раздела фаз) и синхронизируют процесс их образования.

Выходной электрический унифицированный сигнал О-5 мА на выходе прибора для измерения ПН изменяется пропорционально разности давлений в газовых пузырьках, образующихся из измерительного капилляра и барботал ной трубки в исследуемый раствор, и находится в прямой зависимости от ПН раствора ПАВ, а значит и от концентрации ПАВ в растворе. Вы.ходной электрический сигнал измеряется и регистрируется с помощью серийио выпускаемого прибора 9 (например, миллиамперметра М-340).

Для определення действительного значения концентрации ПАВ в растворе с концентрацией выще ККМ измеренное значение концентрации умножают на коэффициент соотнощения потоков, поддерживаемый регулятором.

Предлагаемое устройство позволяет при строго фиксированном времени существования поверхности раздела фаз автоматически производить измерение концентрации ПАВ в растворе выше ККМ.

Такое устройство может быть также использовано для измерения динамического поверхностного натяжения растворов с концентрацией ПАВ выше ККМ.

Формула изобретения

Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом пузырьке, включающее проточную кювету и двухкапиллярный измерительный прибор, установленный над проточной кюветой, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона определения концентрации поверхностно-активного вещества в растворе выше критической концентрации мицеллообразования, оно дополнительно снабжено регулятором соотношения потоков измеряемого раствора поверхностно-активного вещества и его растворителя, исполнитель.ным устройством и смесителем, причем выход регулятора соотнощения соединен с входом исполнительного устройства, а смеситель соединен с входом проточной кюветы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

СССР

1. Авторское свидетельство № 265551, кл. G 01N 13/02, 1968. 2. Авторское свидетельство СССР № 603879, кл. G 01N 13/02, 1976 (прототип).

zl iV«а 5

§ с5