Низкочастотный электрогидродинамический способ определения эффективного размера сферических частиц в нестратифицированных дисперсиях электропроводных частиц в жидкостях с меньшей электропроводностью

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при оценке размеров частиц в суспензиях и эмульсиях , электропроводных частиц. Способ заключается в подаче синусоидального напряжения на плоские электроды электролитической ячейки с исследуемой средой и измерении электрических параметров ячейки на фиксируемой частоте при различных межэлектродных расстояниях, причем измерения проводятся на одной частоте при разных межэлектродных расстояниях, а размеры частиц определяют на основе расчетных соотношений, полученных путем анализа математической модели прохождения переменного тока в дисперсной среде и данных измерений диэлектрической проницаемости и эффективного коэффициента подвижности ионов в жидкой фазе.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик (я)5 G 01 N 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

1 (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 47833.1 4/25 (22) 02.02.90 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Научно-исследовательский институт механики М ГУ им. М.В. Ломоносова (72) Ю.Д. Шихмурзаев и А.А. Кубасов (56) Патент США ¹ 3742348, кл. G 01 N 27/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 693164, кл. G 01 N 15/00, 1979. (54) НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО РАЗМЕРА

СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В Н ЕСТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ДИСПЕРСИЯХ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТЯХ С

МЕНЬШЕЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти приИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть применено в химической, нефтехимической и других отраслях и ромышлен ности при оценке размеров частиц в различных суспензиях и эмульсиях.

Известен кондуктометрический способ определения дисперсности взвешенных частиц в жидкой среде, заключающийся в том, что организуется прохождение одиночных взвешенных частиц через микроотверстие, по разные стороны которого расположены электроды с приложенной к ним разностью потенциалов, Частица, проходя через микроотверстие, изменяет электродинамические параметры межэлектродного

„„!Ж„„1777044 А1 менение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при оценке размеров частиц в суспензиях и эмульсиях, электропроводных частиц. Способ заключается в подаче синусоидального напряжения на плоские электроды электролитической ячейки с исследуемой средой и измерении электрических параметров ячейки на фиксируемой частоте при различных межэлектродных расстояниях, причем измерения проводятся на одной частоте при разных межэлектродных расстояниях, а размеры частиц определяют на основе расчетных соотношений, полученных путем анализа математической модели прохождения переменного тока в дисперсной среде и данных измерений диэлектрической проницаемости и эффективного коэффициента подвижности ионов в жидкой фазе. промежутка, по величине изменения которого судят о размере дисперсных частиц.

Недостатком данного способа является р необходимость организации прохождения частиц через микроотверстие и анализа отклика системы на прохождение отдельной частицы. Способ также требует проведения калибровки по эталонным дисперсным сме- . а сям.

Известен способ определения размера частиц по высокочастотной проводимости дисперсий, в котором размер частиц является параметром, совмещающим теоретическую и экспериментальную зависимости проводимости рт частоты изменения электрического поля, 1777044

1 1

4ло2$ С1 С2

eP(L> — Ы) 15

Недостатком данного способа является необходимость анализа малой поправки к проводимости дисперсной фазы, что требует применения высокочастотных приборов, Кроме того, этот способ применим для сред достаточно низкой проводимости, для которых в BblcoKo÷àcòoòíoì диапазоне не проявляется дисперсия диэлектрической проницаемости дисперсионной фазы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения дисперсности частиц в ферромагнитных жидкостях, заключающийся в том, что определяют отношение емкостей электролитической ячейки с исследуемой средой на двух разных частотах. Каждому значению отношения емкостей эмпирически ставится в соответствие определенный размер частиц дисперсной фазы; который определяется независимо седиментационным способом.

Известный способ имеет следующие существенные недостатки: отношение емкостей зависит, в общем случае, не только от размеров. частиц в исследуемой дисперсной среде, но и от свойств материалов электродов и жидкости носителя, Для каждой пары электрод — среда должна строиться своя зависимость размера частиц от отношения емкостей; использование седиментационного способа в качестве эталонного при построении калибровочных кривых не позволяет определять размеры частиц нейтральной плавучести, мелких "броуновских" частиц и частиц неустойчивого коллоида в метастабильном состоянии, Целью изобретения является упрощение способа за счетустранения предварительных тарировок и повышение его функциональных возможностей эа счет применимости для суспензийчастиц нейтральной плавучести, атакже контроля за изменением размеров агреги,>у1ощих частиц.

Поставленная цель достигается разделением объемных и приэлектродных эффектов в дисперсиях с объемной концентрацией дисперсной фазы не более 5%.при электропроводности жидкой фазы не менее чем на два порядка меньшей электропроводности частиц, но большей 10 Ом м, Предварительно определяют диэлектрическую проницаемость жидкой фазы so на фиксированной частоте в и коэффициент диффузии ионов 0 в этой фазе, после чего, используя последовательную схему замецения электролитической ячейки сопротивлением R и емкостью С, на той же частоте а при одном межэлектродном расстоянии

L1 определяют R< и С1, а при другом межэлектродном расстоянии L2 измеряют Сг, и в результате эффективный размер частиц а определяют по формуле о = L1/R)S — электропроводность дисперсии; а — объемная концентрация, S — площадь электрода; в — круговая частота приложенного к электродам переменного электрического напряжения; а = < г >/<г">, где

ОО

10 мкм >а>100А; <Р> = f r"f(r)dr; (n - 3, 4) — n-й о момент функции распределения частиц по размерам f(r); 0 < в < 100 Гц.

Отличительными признаками изобретения являются: измерение импеданса ячейки с исследуемой средой при различных межэлектродных расстояниях и устранение, таким образом, влияния приэлектродных эффектов на измеряемые характеристики; отсутствие необходимости предварительных тарировок; возможность определения размеров частиц нейтральной плавучести, мелких "броуновских" частиц, а также измерения и контроля за изменением размера частиц в неустойчивых коллоидах.

Предлагаемый способ испытан на модельной системе — магнитной жидкости, полученной по карбонильному методу. В качестве жидкости-носителя выбрана слабопроводящая органическая жидкость-тетрадекан, в качествеарбитражногоспособа,— метод микроскопического анализа. Результаты исследований на трансмиссионном электронном микроскопе типа Zeiss ЕМ 902 ТЕМ (разрешение 5 А) показали, что модельная система монодисперсна — дисперсия функции распределения по радиусу составляет 8%, а средний радиус частиц равен 480 A.

В проиессе измерения радиуса частиц предлагаемым способом магнитную жидкость заливают в измерительную ячейку с плоскопараллельными подвижными электродами диаметром 50 мм, аналогичную приведенной в ГОСТ 22372-72. Измерение значений С1, С, Rq проводят с помощью моста переменного тока (GENERAL RAD10

1621). Расстояние между электродами определяют с помощью микрометрической головки ячейки. Диэлектрическая проница1777044 а - 5,4 10 см = 540 А, 9 о.5

1+ — — 1

25 где F1 — За;

Составитель А.Кубасов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Милюкова

Редактор Г.Бельская

Заказ 4118 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 емость магнитной жидкости о, определяемая высокочастотным методом, равна 2.04.

Величина объемной концентрации дисперсной фазы а, определяемая весовым методом, равняла 1 1 10 . Значение коэффициента диффузии ионов D вычислено по формуле Зйнштейна через подвижность ионов, значения которых взяты из таблиц (Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия, кн.

2. M.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962, с. 756), 0 - 1 69 ° 10 м /с. Параметры Li1, L, в заданы непосредственно в эксперименте и равны: L1 1 ° 10 м, L2 2 ° 10 м, м= 8.7i10 Гц. Значения R1, С, С2, опреде1 ляемые в эксперименте. равны соответственно: R> = 9,52 10 Ом, С1= 6,721 ° 10 Ф, Сг = 6,745 10 Ф. Значение радиуса частиц а, полученное при подставлении соответствующих параметров в теоретическое соотношение, имеет следующую величину:

Формула изобретения

Низкочастотный электрогидродинами-. ческий способ определения эффективного размера сферических частиц в нестратифицированных дисперсиях электропроводных частиц в жидкостях с меньшей электропроводностью, заключающийся в приложении к плоским электродам электролитической ячейки с исследуемой средой синусоидального переменного напряжения, создающего в исследуемой среде электрическое поле напряженностью до 100 В/м, и измерении на фиксированной частоте электрических параметров ячейки, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа за счет устранения предварительных тарировок и повышения его функциональных возможностей за счет применимости для суспензий частиц нейтральной пяавучести, а также контроля за изменением размеров агрегирующих частиц посредством разделения объемных и приэлектродных эффектов в дисперсиях с объемной концентрацией дис5 персной фазы не больше 5 при электропроводности жидкой фазы не менее чем на два порядка меньшей электоопроводности частиц, но большей 10 Ом м, предварительно определяют диэлектрическую про10 ницаемость жидкой фазы ео на фиксированной частоте в и эффективный коэффициент диффузии ионов D в этой фазе, после чего, используя последовательную схему замещения электролитической ячей15 ки сопротивлением R и емкостью С на той же частоте и, при одном межэлектродном расстоянии L1 определяют R> и С1, а при другом межэлектродном расстоянии Lz измеряют С2, и в результате эффективный раэ20 мер частиц а определяют по формуле

wLS-; электропроводность дисперсии, a — объемная концентрация дисперс ной фазы, S — площадь электрода, в—

35 круговая частота приложенного к электродам переменного электрического напряжения, а - /, где 10mrm>a>100A, "- f г"f(r)dr, (и = 3, 4)-и-й момент функо

40 ции распределения частиц по размерам f(r), 0 < ы< 100 Гц.