Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагента

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагентов. Техническим результатом изобретения является повышение точности расчетов поверхностного натяжения путем использования цифрового фотоаппарата высокого разрешения, увеличение скорости расчетов и уменьшение габаритов установки путем аппаратной реализации вычислительных алгоритмов, определение параметров, характеризующих вклад отдельных групп ПАВ в величину флотационной активности реагентов. Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее оптический микроскоп, держатели сидящего пузырька, систему освещения пузырька, вводят цифровой фотоаппарат, блок вычисления величины поверхностного натяжения, блок вычисления параметров флотационной активности реагентов, ОЗУ видеоданных, ОЗУ выходных данных, контроллер цифрового фотоаппарата, контроллер шины, счетчик времени, схему управления блоками. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагентов.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости (пат. РФ №2135981, МПК G01N 13/02, 1999 г.), содержащее струйный элемент, расходомер, дроссель, источник расхода газа, источник постоянного расхода, устройство перемещения, измеритель перемещения, блок управления, вычислительный блок, генератор линейно нарастающего давления, генератор тактовых импульсов.

Недостатком данного устройства является низкая скорость определения поверхностного натяжения, невозможность измерения динамически изменяющегося поверхностного натяжения, конструкционная сложность и высокая стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей [Л.Б.Бойнович, A.M.Емельяненко. Автоматизированная установка для измерения поверхностного натяжения жидкостей и краевых углов смачивания. / Приборы и техника эксперимента, 2002, №2. - С.167], содержащее оптический микроскоп, видеокамеру, оцифровывающий процессор для формирования и записи в цифровой форме оптического изображения исследуемой капли, дозатор жидкости, держатели сидящего пузырька, систему лазерного освещения пузырька и ЭВМ, осуществляющую анализ изображений.

Расчет зависимости поверхностного натяжения от времени производится по набору изображений пузырька путем выделения контура пузырька, аппроксимации формы пузырька, решения уравнения Лапласа, описывающего множество форм пузырька, для полученной формы.

Недостатком данной установки является низкая точность расчетов поверхностного натяжения жидкости, обусловленная погрешностями аппроксимации формы пузырька, вызванной низким разрешением анализируемого изображения. Также недостатком данной установки является низкая скорость расчетов в связи с высокими вычислительными затратами на решение дифференциального уравнение Лапласа для множества форм пузырька.

Технической задачей изобретения является повышение точности расчетов поверхностного натяжения путем использования цифрового фотоаппарата высокого разрешения, увеличение скорости расчетов поверхностного натяжения путем аппаратной реализации вычислительных алгоритмов, определение параметров характеризующих вклад отдельных групп поверхностно-активных веществ (ПАВ) в величину флотационной активности реагентов.

Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее оптический микроскоп, держатели сидящего пузырька, систему освещения пузырька, введены цифровой фотоаппарат (ЦФА), блок вычисления величины поверхностного натяжения (БВПН), блок вычисления параметров флотационной активности реагентов (БВПФА), ОЗУ видеоданных (ОЗУВД), ОЗУ выходных данных (ОЗУВХД), контроллер цифрового фотоаппарата (КЦФА), контроллер шины (КШ), счетчик времени (СВ), схему управления блоками БВПН и БВПФА (СУ), причем группа входов КЦФА соединена с группой выходов ЦФА, первый выход СУ, предназначенный для выдачи сигнала, разрешающего фотографирование и запуск счетчика времени, соединен с входом ЦФА и входом СВ, выход СВ, предназначенный для выдачи синхронизирующих сигналов через заданные моменты времени, соединен с третьим входом СУ, группа выходов КЦФА соединена с группой входов ОЗУВД, вход КЦФА соединен с вторым выходом СУ, который предназначен для выдачи сигнала начала передачи данных из КЦФА в ОЗУВД, групповой выход ОЗУВД соединен с групповым входом БВПН и предназначен для передачи данных изображения из ОЗУВД, шестой выход СУ соединен с входом ОЗУВД и предназначен для переключения режимов записи, чтения ОЗУВД, вход БВПН соединен с третьим выходом СУ, который предназначен для управления работой БВПН, выход БВПН соединен с первым входом СУ и предназначен для передачи сигнала окончания вычислений, группа выходов БВПН соединена с группой входов БВПФА и предназначена для передачи результатов вычислений, произведенных в БВПН, второй вход СУ соединен с выходом БВПФА, который предназначен для формирования сигнала завершения вычислений, вход БВПФА соединен с четвертым выходом СУ, который предназначен для формирования сигнала, управляющего работой БВПФА, групповой вход ОЗУВХД соединен с групповым выходом БВПФА, который предназначен для передачи расчетных данных из БВПФА, вход ОЗУВХД соединен с седьмым выходом СУ, который предназначен для переключения режимов работы ОЗУВХД, группа входов КШ соединена с группой выходов ОЗУВХД, предназначенной для передачи расчетных данных из ОЗУВХД, первый вход КШ соединен с пятым выходом СУ, который предназначен для формирования сигнала готовности передачи данных внешнему устройству, четвертый вход СУ соединен с выходом КШ, предназначенным для формирования сигнала старта устройства, второй вход КШ предназначен для приема сигнала старта устройства от внешнего устройства, на группе выходов КШ формируются выходные данные результатов вычислений для передачи во внешнее устройство.

Изобретение может быть использовано для расчета поверхностного натяжения, определения параметров, характеризующих вклад отдельных групп ПАВ в величину флотационной активности реагентов, и соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема автоматизированного устройства для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагента.

Устройство содержит (фиг.1) ЦФА 1, СУ 2, БВПН 3, БВПФА 4, ОЗУВД 5, ОЗУВХД 6, КЦФА 7, КШ 8, СВ 9, причем группа входов КЦФА 7 соединена с группой выходов ЦФА 1, первый выход СУ 2 соединен с входом ЦФА 1 и входом СВ 9, выход СВ 9 соединен с третьим входом СУ 2, группа выходов КЦФА 7 соединена с группой входов ОЗУВД 5, вход КЦФА 7 соединен с вторым выходом СУ 2, групповой выход ОЗУВД 5 соединен с групповым входом БВПН 3, шестой выход СУ 2 соединен с входом ОЗУВД 5, вход БВПН 3 соединен с третьим выходом СУ 2, выход БВПН 3 соединен с первым входом СУ 2, группа выходов БВПН 3 соединена с группой входов входов БВПФА 4 и второй группой входов КШ 8, второй вход СУ 2 соединен с выходом БВПФА 4, вход БВПФА 4 соединен с четвертым выходом СУ 2, групповой вход ОЗУВХД 6 соединен с групповым выходом БВПФА 4, вход ОЗУВХД 6 соединен с седьмым выходом СУ 2, первая группа входов КШ 8 соединена с группой выходов ОЗУВХД 6, первый вход КШ 8 соединен с пятым выходом СУ 2, четвертый вход СУ 2 соединен с выходом КШ 8.

КЦФА 7 предназначен для управления обменом данными между ЦФА 1 и УРПН. СУ 2 предназначена для синхронизации работы блоков БВПН 3, БВПФА 4, синхронизации при записи, чтении ОЗУВД 5, ОЗУВХД 6, КШ 8. ОЗУВД 5 предназначено для хранения данных изображения. ОЗУВХД 6 предназначено для хранения результатов расчетов. КШ 8 предназначен для управления обменом данными между автоматизированным устройством для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагента и внешним устройством. БВПН 3 предназначен для вычисления поверхностного натяжения жидкости по цифровому изображению пузырька газа в жидкости. БВПФА 4 предназначен для вычисления параметров, характеризующих вклад отдельных групп поверхностно-активных веществ (ПАВ) в величину флотационной активности реагента. СВ 9 предназначен для синхронизации моментов захвата изрображения путем генерации синхронизирующих сигналов в заданные моменты времени: 1; 2; 3; 5; 7; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 75; 90; 120; 150; 180; 210; 240; 270; 300; 330; 360; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1500; 1800; 2100; 2400; 2700; 3000 с.

Устройство работает следующим образом. От внешнего устройства на второй вход КШ 8 поступает сигнал старта устройства, на выходе КШ 8 формируется сигнал старта устройства, поступающий на четвертый вход СУ 2. На первом выходе СУ 2 формируется сигнал начала фотографирования, поступающий на вход СВ 9 и вход ЦФА 1. СВ 9 выдает сигналы начала фотографирования в заданные моменты времени, формирующиеся на выходе СВ 9 и поступающие на третий вход СУ 2. ЦФА 1 выполняет фотографирование и формирует на группе выходов данные изображения, которые поступают на группу входов КЦФА 7. На шестом выходе СУ 2 формируется сигнал переключения в режим записи, поступающий на вход ОЗУВД 5. На втором выходе СУ 2 формируется сигнал начала передачи данных из КЦФА в ОЗУВД, поступающий на вход КЦФА 7. На группе выходов КЦФА 7 формируются данные изображения, поступающие на группу входов ОЗУВД 5. Через время, достаточное для записи данных изображения в ОЗУВД 5, на шестом выходе СУ 2 формируется сигнал переключения в режим чтения, поступающий на вход ОЗУВД 5. На третьем выходе СУ 2 формируется сигнал начала вычисления поверхностного натяжения, поступающий на вход БВПН 3. Изображение поступает с группы выходов ОЗУВД 5 на группу входов БВПН 3. На изображении методом пространственного дифференцирования выделяется контур пузурька, затем методом Андерса, Хаузера и Тукера [Обогащение и использование угля: Научн. тр. КузНИИ углеобогащения. - М.: Недра, 1970. Вып.5] по контуру пузырька производится расчет поверхностного натяжения. После окончания вычислений на группе выходов БВПН 3 формируется результат вычислений поверхностного натяжения, поступающий на группу входов БВПФА 4. На выходе БВПН 3 формируется сигнал, уведомляющий об окончании вычислений, поступающий на первый вход СУ 2. На седьмом выходе СУ 2 формируется сигнал переключения в режим чтения, поступающий на вход ОЗУВХД 6. На четвертом выходе СУ 2 формируется сигнал начала вычислений, поступающий на вход БВПФА 4. После получения значений поверхностного натяжения для изображений пузырьков, полученных в моменты времени, заданные в СВ 9, производится анализ зависимости поверхностного натяжения от времени. Известно, что кривая зависимости является суммой некоторого числа экспонент вида: Di ехр(-Bit), где Вi и Di - параметры i-й экспоненты, t - время в секундах. Числовые значения параметров Вi и Di количественно характеризуют флотационную активность реагента. Определение значений параметров Вi и Di осуществляется путем разложения кривой зависимости поверхностного натяжения от времени на сумму элементарных экспонент [Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П., Драганов А.В. К инструментальной оценке флотационной активности апполярных реагентов и их сочетаний с различными веществами, используемыми при пенной флотации. / Обогащение руд 6 (236), 1994]. После окончания вычисления на выходе БВПФА 4 формируется сигнал окончания вычислений, поступающий на второй вход СУ 2, а на группе выходов БВПФА 4 формируются данные результатов вычислений, поступающие на группу входов ОЗУВХД 6. Через заданный промежуток времени, определяющий частоту фотографирования, на выходе СВ 9 формируется сигнал, поступающий на третий вход СУ 2 и уведомляющий о начале следующего цикла работы устройства, где под циклом работы устройства понимается набор операций, включающий захват изображения, передачу изображения в БВПН, расчет поверхностного натяжения в блоке БВПН, передачу результатов расчета поверхностного натяжения в БВПФА. На первом выходе СУ 2 формируется сигнал начала фотографирования, поступающий на вход ЦФА 1 и СВ 9, после чего цикл операций повторяется. Через время, достаточное для перехода пузырька в состояние равновесия, - 3000 с, СВ 9 выдает сигнал завершения работы, поступающий на третий вход СУ 2. После этого на седьмом выходе СУ 2 формируется сигнал переключения в режим чтения, поступающий на вход ОЗУВХД 6, а на пятом выходе СУ 2 формируется сигнал готовности передачи данных, поступающий на первый вход КШ 8. На группе выходов ОЗУВД 5 формируются выходные данные, поступающие на группу входов КШ 8. На группе выходов КШ 8 формируются выходные данные, поступающие на ВУ.

Для реализации СУ 2 могут быть использованы программируемые логические микросхемы (ПЛИС), например ПЛИС серии МАХ 9000 фирмы Altera. CB 9 реализуется на микросхемах, реализующих функции счетчиков, сумматоров. ОЗУВД 5 и ОЗУВХД реализуются на микросхемах памяти, удовлетворяющих требуемому быстродействию и объему, например на микросхемах MT29M2G08AABWG фирмы Micron. Реализация КШ 8 определяется типом шины ВУ. Реализация КЦФА 7 определяется типом интерфейса ЦФА 1. Для реализации БВПН 3 и БВПФА 4 используется 32-разрядный микроконтроллер, например микроконтроллер AT32UC3A семейства AVR32 фирмы Amtel. В качестве ЦФА 1 используется фотоаппарат Canon 300D с максимальным разрешением 3072×2048 пикселей.

Изобретение позволяет повысить точность расчетов поверхностного натяжения, увеличить скорость расчетов и уменьшить габариты установки, определять параметры, характеризующие вклад отдельных групп ПАВ в величину флотационной активности реагентов.

Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости, содержащее оптический микроскоп, держатели сидящего пузырька, систему освещения пузырька, отличающееся тем, что введены цифровой фотоаппарат (ЦФА), блок вычисления величины поверхностного натяжения (БВПН), блок вычисления параметров флотационной активности реагентов (БВПФА), ОЗУ видеоданных (ОЗУВД), ОЗУ выходных данных (ОЗУВХД), контроллер цифрового фотоаппарата (КЦФА), контроллер шины (КШ), счетчик времени (СВ), схему управления блоками БВПН и БВПФА (СУ), причем группа входов КЦФА соединена с группой выходов ЦФА, первый выход СУ, предназначенный для выдачи сигнала, разрешающего фотографирование и запуск счетчика времени, соединен с входом ЦФА и входом СВ, выход СВ, предназначенный для выдачи синхронизирующих сигналов через заданные моменты времени, соединен с третьим входом СУ, группа выходов КЦФА соединена с группой входов ОЗУВД, вход КЦФА соединен с вторым выходом СУ, который предназначен для выдачи сигнала начала передачи данных из КЦФА в ОЗУВД, групповой выход ОЗУВД соединен с групповым входом БВПН и предназначен для передачи данных изображения из ОЗУВД, шестой выход СУ соединен с входом ОЗУВД и предназначен для переключения режимов записи, чтения ОЗУВД, вход БВПН соединен с третьим выходом СУ, который предназначен для управления работой БВПН, выход БВПН соединен с первым входом СУ и предназначен для передачи сигнала окончания вычислений, группа выходов БВПН соединена с группой входов БВПФА и предназначена для передачи результатов вычислений, произведенных в БВПН, второй вход СУ соединен с выходом БВПФА, который предназначен для формирования сигнала завершения вычислений, вход БВПФА соединен с четвертым выходом СУ, который предназначен для формирования сигнала, управляющего работой БВПФА, групповой вход ОЗУВХД соединен с групповым выходом БВПФА, который предназначен для передачи расчетных данных из БВПФА, вход ОЗУВХД соединен с седьмым выходом СУ, который предназначен для переключения режимов работы ОЗУВХД, первая группа входов КШ соединена с группой выходов ОЗУВХД, предназначенной для передачи расчетных данных из ОЗУВХД, первый вход КШ соединен с пятым выходом СУ, который предназначен для формирования сигнала готовности передачи данных внешнему устройству, четвертый вход СУ соединен с выходом КШ, предназначенным для формирования сигнала старта устройства, второй вход КШ предназначен для приема сигнала старта устройства от внешнего устройства, на группе выходов КШ формируются выходные данные результатов вычислений для передачи во внешнее устройство.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др.

Изобретение относится к извлечению полезных компонентов из руд при обогащении полезных ископаемых. .

Изобретение относится к способам и техническим средствам измерения физико-химических констант вещества, а именно поверхностного натяжения металлов в твердой фазе.

Изобретение относится к способам измерения межфазного натяжения на границе раздела жидкость/твердое тело по методу погруженной пластины Вильгельми. .

Изобретение относится к техническим средствам измерения физико-химических констант металлов в твердом состоянии, а именно их поверхностного натяжения. .

Изобретение относится к физике тонких пленок, а точнее к жидким пленкам, поверхностное натяжение которых чувствительно к их составу и к составу окружающей атмосферы.

Изобретение относится к структурно-фазовым превращениям липидов в водных растворах, которые являются важным элементом функционирования механизма записи/считывания информации на уровне синаптических мембран головного мозга, и может применяться в медицине, фармакологии, биологии, сельском хозяйстве.

Изобретение относится к области коллоидной и физической химии и может быть использовано для бесконтактного определения концентрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) в реальном времени на установках по производству сверхчистой воды и установках для научных исследований, а также в химической промышленности, на установках по очистке промышленных и бытовых стоков или при мониторинге чистоты поверхности водоемов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в химической, лакокрасочной и пищевой.

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений поверхностного натяжения жидких сред. .

Изобретение относится к измерительной технике в области микроэлектроники и предназначено для измерения чистоты поверхности подложек

Изобретение относится к способу и устройству для формирования границы раздела между первой и второй по существу несмешивающимися жидкостями, в особенности для проведения измерения поверхностного натяжения на упомянутой границе раздела

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др

Изобретение относится к способу и устройству для измерения поверхностного натяжения жидкостей по принципу максимального давления пузырька

Изобретение относится к области технических измерений, в частности к способам определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, и может быть использовано при изучении процессов проникновения жидкостей в поры и их вытеснения из пор, что, в свою очередь, играет важную роль при интенсификации процессов пропитки, фильтрации, сушки и т.д

Изобретение относится к области поверхностных явлений в технологии вязкотекучих жидкостей и может использоваться в измерительной технике для прецизионного определения коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей, в том числе высокотемпературных расплавов, и измерения угла смачивания

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, и может быть использовано для оценки состояния легочного сурфактанта. Для этого собирают компоненты легочного сурфактанта путем барботации выдыхаемого воздуха через слой изотонического физиологического раствора, расположенного в стеклянной бюретке и лотке барьерной системы Ленгмюра. Затем в бюретке методом отрыва кольца измеряют статическое поверхностное натяжение полученного барботата выдыхаемого воздуха. Далее, в лотке барьерной системы Ленгмюра методом Вильгельми измеряют поверхностное давление Δσ с уменьшением площади между барьерами на 90%. При снижении статического поверхностного натяжения до 37±8 дин/см после 5 минут барботации и/или при повышении поверхностного давления Δσ с 4,5±1,0 дин/см после первого выдоха до 17,0±3,0 дин/см после пятого выдоха диагностируют нормальную антиателектатическую функцию легочного сурфактанта. Способ обеспечивает повышение эффективности сбора аэрозоля легочного сурфактанта из выдыхаемого воздуха при снижении времени проведения исследования. 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к приборам для исследования температурных и концентрационных зависимостей поверхностных свойств металлических расплавов с участием компонентов с высокой упругостью пара и может найти широкое применение в научно-исследовательской практике по физике, физической химии, материаловедении, металлургии легкоплавких металлов, заводских лабораториях и т.д. Комбинированный прибор для совместного определения температурных и концентрационных зависимостей поверхностного натяжения и работы выхода электрона жидкометаллических систем с участием компонентов с высокой упругостью насыщенного пара содержит основной резервуар с чашками-подложками для формирования больших капель исследуемых жидких сплавов. Также прибор содержит электроды для фиксации фотоэмиссионных токов, плоскопараллельные оптические окошки для фотографирования капли и освещения ее поверхности сверху монохроматизированными пучками света. При этом к корпусу резервуара вакуумно-плотно присоединена «гребенка» из необходимого по плану эксперимента количества вакуумированных ампул с блокированными внутри них полусферическими стеклянными перегородками дозированными навесками второго компонента с повышенной упругостью насыщенного пара. Техническим результатом является полное исключение свободного и неконтролируемого массопереноса летучего компонента внутри прибора, точная фиксация составов каждого из сплавов исследуемых двойных и (или) тройных систем с участием летучих компонентов, многократное уменьшение или полное исключение (в зависимости от конкретно исследуемых систем) степени запыления оптических окошек и электродов измерительного отсека прибора при измерениях эмиссионных свойств исследуемых сплавов и работы выхода электрона, расширение температурного диапазона измерений ПН и РВЭ за счет уменьшения времени и интенсивности воздействия паров летучих компонентов исследуемых сплавов на внутренние стенки прибора, увеличение долговечности и эксплуатационного периода прибора без потери основных характеристик, а также возможность повторного использования прибора для изучения других систем за счет многократного уменьшения общего времени воздействия паров агрессивных летучих компонентов исследуемых сплавов на материал, из которого изготовлен прибор. 2 ил.
Наверх