Способ определения дисперсностичАСТиц ВОдНОгО АэРОзОля Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 G01N15/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ ВОДНОГО АЭРОЗОЛЯ вая, что точное измерение частиц обеспечивается при полном погружении в слое, исключающем контактирование их с пластиной, предел размеров измеряемых частиц этим способом состав ляет 0,01-0,1 мм, в то время как дис персность водяных завес, создаваемых в шахтах для предотвращения взрыва газа или пыли, составляет 0,03-0,25 м и более. Применение такого способа в шахта усложняется тем, что применяемое гидрофобное вещество указанного состава является хорошим аккумулятором твердЕлх частиц, которые приводят к коагуляции уловленных частиц иг определенной погрешности в измерениях. Цель изобретения - повышение точности и упрощение определения, а также повышение пределоизмерения. Поставленная цель достигается тем что при осуществлении способа определения дисперсности частиц аэрозоля заключающегося в улавливании частиц на гидрофобную прозрачную подложку с последующим фотографированием подлож ки и определением размера частиц по микрофотографиям, используют подложку, выпoлнeннs10 из полимерного материала, краевой угол смачивания которого составляет не менее 94° , объемное электрическое сопротивление не менее 10 ом-см и время утечки заряда - не менее 7000 с, толщиной 0,05-0,2 мм. В качестве материала подложки может быть использован полиэтилен высокого давления низкой плотности. В качестве объекта исследований используются различные светопроницаемые гидрофобные материалы, в том числе и пленки, изготовленные на основе полимеров неопределенных углеводородов, винильного спирта, галогенопроизводных этилена, полиамидов и полиэфиров. Прилипание (адгезию) капель воды на полимерНЕлх материалах можно объяснить электризацией материала под воздействием движущейся внешней среды, в том числе под действием потока распыленной воды. При этом максимальные значения электризации, пленки полимера достигаются при удельном объемном сопротивлении пленки, превышающем 10 ом-см. Для проведения исследований подбираются: различные полимерные материалы, в том числе и полимеры, выпускаемые отечественной промышленностью и имеющие удельное объемное электрическое сопротивление Ю - 10 ом-см. Найме нование материалов и их физические свойства приведены в таблице результатов исследования различных материалов.

Из таблицы видно, что, наибольший краевой угол смачивания наблюдается на пленке полиэтилена высокого давления, наименьший - у оконного стекла. При этом капли диаметром до 4,0 мм не скатываются с поверхности полиэтиленовой пленки и сохраняют сферическую форму. Близка к. сфере и форма капель на полистироле, однако краевой угол смачивания не превышает 73. Значение краевого угла, как следует из литературных данных, зависит от работы адгезии, т.е. с ростом смачивания адгезионная прочность усиливается. Измеренные значения адг зионной прочности для капель диаметром 0,5 мм путем расчета скольжения капли по пленке различных материалов представленных в таблице, подтверждают эту закономерность.

Другим не менее важным показателем взаимодействия аэрозоля воды с твердой поверхностью является свойство поверхности удерживать заряд того или иного знака в течение определенного промежутка времени (время утечки заряда с поверхности). Известно , что время утечки заряда с поверхности полиэтилена при относительной влажности воздуха 65% превышает 8000 с, в то время как для оконного стекла составляет 4,6 с. Измеренные значения времени утечки зарядов с поверхностей пленок при влажности 100% показывают, что для полиэтилена оно практически не изменяется, в то время как для других материалов значительно уменьшается. Время утечки заряда, в основном, влияет на длительность удержания и угол скатывани капель. Из таблицы видно, что краево угол и угол скатывания капель уменьшаются с увеличением влажности воздуха практически для всех приведенных в таблице материалов, за исключением полиэтилена. Для полистирола краевой угол при изменении влажности остаетс постояннйм, однако угол скатывания уменьшается. Влияние влажности на краевой угол можно исключить внесением соответствующей поправки в расчетную формулу определения Диаметра капли: Но для определения величины этой поправки необходимо перед улавливанием, капель на подложку (пленку) созвать определенную влажность воздуха, что в шахтных условиях практичесй и невозможно. В то же время уменшение угла скатывания не позволяет располагать подложку перпендикулярно фронту потока распыляемой жидкости, что является одним из условий предлагемого способа. Кроме того, определенные материалы, например целофановая и полиамидная пленки, обладают значительной водопоглощаемостью и размокают при контакте с водой, т.е. неприемлемы для осуществления предлагаемого способа.

Выбор пленки из полиэтилена высокого давления низкой плотности для улавливания частиц обусловлен рядом физических свойств: высокой светопроницаемостью, позволяющей фотографировать часГицы любого размера в проходящем через пленку потоке света при толщине, используемой в качестве подложки пленки 0,03-0,2 мм, малой водопоглсядаемостью и водопроницаемостью, а также высокой эластичностью которые обеспечивают сохранение глянцеватости пленки при воздействии на нее влажной среды, высокая степень электризации под действием соприкасающегося с ним потока аэрозоля воды и значительный период времени (более 8000 с) утечки заряда, обеспечивающие удержание капель воды диаметром до 0,5 мм на поверхности подложки, установленной под углом 90 к потоку распыляемой жидкости с сохранением их сферической формы при влажности воздуха более 95%. При этом, как показали исследования, толщину пленки, используемой в качестве подложки, следует выбирать в пределах 0,03-0,2 мм. При меньшей толщине пленка сохраняет свои физические свойства, но деформируется под действием влияния температуры и веса.капель воды, что не позволяет осуществить точную их фокусировку. При большей толщине светопроницаемость пленки резко падает и четкость фотографирования капель диаметром 0,01-0,03 мм снижается.

Пример. Полоску полиэтиленовой пленки толщиной 0,05-0,2 мм и шириной 35 мм, выполненную из полиэтилена высокого давления низкой плотности, устанавливают в камере фотоаппарата, например Зоркий-6. Установку полиэтиленовой пленки производят также, как и обычной фотопленки. Затем фотоаппарат со снятым объективом и взведенным затвором устанавливают в зоне действия факела распыляемой жидкости. Включают распылитель и создают водяную завесу. При установившемся режиме .работы распылителей производят улавливание частиц воды на полиэтиленовую пленку путем контактирования ее с водяно завесой через-отверстие, предназначенное для установки объектива в фотаппарате. Контактирование осуществляют открытием шторы фотоаппарата при спуске ее затвора. Время контактирования подбирают выдержкой экспонирования. Она должна быть такой, чтобы скорость движения шторы была в полтора-два раза меньше скорости движения аэрозоля воды. Пленку с осевшими на нее каплями извлекают из камеры фотоаппарата и фотографируют в проходящем через пленку свете. Фотографирование осуществляют с помощью фотоаппарата, например типа Зенит. Микрофотографии пленки с каплями получают путем удлинения фокусного расстояния объектива фотоаппарата применением удлинительных колец. Полученные фотографии обрабатывают, т.е. производят измерение за счет частиц. Для быстрого измерения и счета частиц с одной стороны полиэтиленовой пленки красителем наносят масштабную сетку. Истинный диаметр капель, осевших на пленку, подсчитывают по эмпирической формуле . Д 1,107- , где Д - истинный диаметр частиц воды Д - диаметр частицы воды на поли этилене , мм. Многочисленные экспериментальные данные показали, что погрешность измерения пред лагаемым способом не пре вышает 1,5-2,0%, при этом испарение капель при 18-20с и влажности 95-5 в течение 5 мин составляет не более 3-7%. Учитывая, что фотографирование частиц производят в течение 1-2 мин и в атмосфере, влажность которой превышает 90%, влияние испарения на погрешность измерения сказывается незначительно. Предлагаемый способ исключает тр доемкую операцию нанесения на пласт ну гидрофобного вещества, повышает точность измерений независимо от температуры, воздействующей на гидрофобный материал. Предел определения размеров частиц этим способом повышается от 0,005 до 3,0-3,5 мм, . iT.e. охватывает практически весь диапазон размеров частиц, получаемы при распылении жидкости. Прозрачность пленки, кроме того позволяет фотографировать частицы менее 0,01 Вместе с тем на точность определения размеров частиц предлагаемым способом не оказывает влияние присутствие в атмосфере аэрозоля твердых частиц, что особенно важно при оценке эффективности предохранительной среды, создаваемой перед производством взрывных работ в выработках шахт, опасных по газу и пыли. Формула изобретения 1.Способ определения дисперсности частиц водного аэрозоля, заключающийся в. улавливании частицх на гидрофобную прозрачную подложку с последующим фотографированием подложки и определением размера частиц по микрофотографиям, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения, используют подложку, выполненную из полимерного материала, краевой угол смачивания которого составляет не менее 94, объемное электрическое сопротивление не менее 10 ом см и время утечки заряда не менее 7000 с, толщиной 0,05-0,2 мм. 2.Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве материала подложки используют полиэтилен высокого давления низкой плотности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 418763, кл. G 01 N 15/00, 1971. 2.Зайцев В.А. и др. Приборы для исследования туманов и облаков и измерения влажности. Л., Гидрометеоиздат, 1973, с. 63-68, (прототип).