Устройство для измерения размеров частицы



Устройство для измерения размеров частицы

 


Владельцы патента RU 2461810:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Устройство для измерения размеров частицы, перемещаемой по трубопроводу, содержит источник излучения, детектор, соединенный выходом со входом усилителя. Также устройство содержит циркулятор, измеритель мощности и приемо-передающую рупорную антенну, закрепленную на наружной поверхности трубопровода. Причем выход источника излучения соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемо-передающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено со входом детектора, выход усилителя подключен к измерителю мощности. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов (см. «Установка высшей точности для воспроизведения счетной концентрации и размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов». Измерительная техника №9, 1997, стр.68-70), в котором метод малоуглового рассеяния лазерного излучения используется для измерения размеров частиц.

Недостатком этого известного устройства является сложность зондирования частиц лазерным лучом и анализа малоугловой индикатрисы рассеянного частицами излучения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для измерения размеров капли воды (см. патент РФ №2393462), содержащее импульсный модулятор, источник излучения, детектор, усилитель, индикатор, передающую и приемную рупорные антенны, закрепленные диаметрально на наружной поверхности трубопровода. По принципу действия этого измерителя при взаимодействии импульсно модулированного электромагнитного сигнала с контролируемым объектом по величине выходного тока детектора можно определить размер капли воды.

Недостатком этого устройства можно считать погрешность из-за несоответствия формы контролируемой капли воды с огибающей импульса зондируемого электромагнитного сигнала.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения размеров частицы, содержащее источник излучения, детектор, соединенный выходом со входом усилителя, введены циркулятор, измеритель мощности и приемо-передающая рупорная антенна, закрепленная на наружной поверхности трубопровода, причем выход источника излучения соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемо-передающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено со входом детектора, выход усилителя подключен к измерителю мощности.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого указанными выше признаками, состоит в том, что при зондировании контролируемой среды непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты измерение мощности отраженной от частицы электромагнитной волны дает возможность получить информацию о размерах частицы, перемещаемой по трубопроводу.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу измерения размеров частицы на основе определения мощности отраженной от частицы электромагнитной волны при ее локации непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит источник излучения 1, соединенный выходом с первым плечом циркулятора 2, приемо-передающую рупорную антенну 3, детектор 4, соединенный выходом со входом усилителя 5 и измеритель мощности 6. На чертеже цифрой 7 обозначен трубопровод.

Устройство работает следующим образом.

С выхода источника излучения 1 электромагнитные колебания фиксированной частоты поступают на первое плечо циркулятора 2. Далее эти колебания, снимаемые со второго плеча циркулятора, с помощью приемо-передающей рупорной антенны 3 направляются в трубопровод 7, по которому перемешается контролируемая частица. Здесь следует отметить, что ввод электромагнитного сигнала в металлический трубопровод может быть осуществлен через диэлектрическое окно. После этого отраженный от частицы электромагнитный сигнал, улавливаемый рупорной антенной, согласно принципу действия циркулятора (см. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. Том 1. Издательство «Высшая школа». М. 1970, стр.293), снимается с его третьего плеча. Затем, согласно предлагаемому техническому решению, отраженный сигнал поступает на вход детектора 4. Выходной продетектированный сигнал последнего после усиления в усилителе 5 поступает в измеритель мощности 6, где производится измерение мощности отраженного от частицы электромагнитного сигнала.

В рассматриваемом случае для плотности потока мощности отраженной от частицы волны можно записать

где Ротр - мощность отраженной от частицы волны; G - коэффициент направленности приемо-передающей рупорной антенны; Х - расстояние от частицы до точки измерения мощности; Потр - плотность потока мощности отраженного сигнала.

Выражение (1) с учетом известной из радиолокации эффективной площади рассеяния (отражения) облучаемой частицы

σч=4πХ2Потрзон,

где Пзон - плотность потока мощности зондирующей волны, можно переписать как

где σч - эффективная площадь рассеяния (отражения) частицы.

Пусть по трубопроводу перемешается диэлектрическая сферическая по форме частица и выполняется условие dч<<λ, где dч - диаметр сферической частицы, λ - длина зондирующей волны. Тогда эффективную площадь рассеяния одной такой частицы диаметром много меньше длины волны можно определить формулой Ми

Коэффициент K=|m2-1/m2+2|2, выражаемый через показатель преломления m, в зависимости от свойства и состава материала, из которого образована частица, может иметь различные значения.

Совместное решение выражений (2) и (3) позволяет записать

Из последней формулы получаем

Формула (4) показывает, что при известных значениях Пзон, λ, G и К измерением мощности отраженной от частицы электромагнитной волны можно вычислить диаметр (размер) сферической частицы, перемещаемой по трубопроводу.

Как уже отмечалось выше, в данном устройстве для измерения мощности Ротр используется измеритель мощности 6. Следовательно, по показаниям этого измерителя можно получить информацию о размерах частицы в трубопроводе.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении благодаря облучению частицы непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты и определению мощности отраженной от частицы электромагнитной волны можно повысить точность измерения размеров перемещаемой по трубопроводу частицы. Кроме того, одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с другими отдаленными прототипами можно считать исключение влияния расстояния от частицы до точки измерения мощности.

Данное техническое решение, реализуемое, например, на базе генератора ГЛПД-1, успешно может быть применено для автоматического контроля гранулометрического состава сыпучих диэлектрических материалов в потоке.

Устройство для измерения размеров частицы, перемещаемой по трубопроводу, содержащее источник излучения, детектор, соединенный выходом со входом усилителя, отличающееся тем, что в него введены циркулятор, измеритель мощности и приемопередающая рупорная антенна, закрепленная на наружной поверхности трубопровода, причем выход источника излучения соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемопередающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено со входом детектора, выход усилителя подключен к измерителю мощности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, установленных в помещениях с притоком воздуха, например на АЭС, и направлено на повышение надежности и информативности измерений, что обеспечивается за счет того, что устройство для детектирования течей пароводяной смеси из трубопровода, установленного в помещении, снабженного притоком воздуха, включает датчик, регистрирующий значение относительной влажности в контролируемом помещении, соединенный с устройством обработки информации, при этом устройство дополнительно содержит лазерный датчик аэрозолей субмикронного размера, регистрирующий счетную концентрацию и размеры частиц аэрозолей, снабженный пробоотборной трубкой, входной конец которой установлен в точке выхода воздуха из контролируемого помещения, выход лазерного датчика аэрозолей соединен со входом устройства обработки информации, причем устройство обработки информации дополнительно содержит блок сравнения величины текущего сигнала лазерного датчика аэрозолей с базой данных и блок вычисления корреляций между значениями относительной влажности, счетной концентрации и размерами частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, также соединенный с блоком сигнализации.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и предназначено для измерения распределения по размерам частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе, а именно для оперативного технологического контроля размеров различных нанопорошков при их производстве, в частности в химической и пищевой промышленности, в фармакологии, биологии и медицине.

Изобретение относится к способу контроля крупности частиц аналитической пробы. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микробиологии, биотехнологии, медицине и т.д. .

Изобретение относится к приборам для определения дисперсного состава аэрозоля с помощью электронно-оптических средств. .
Изобретение относится к мукомольной и хлебопекарной промышленностям, в частности к способам определения твердозерности пшеницы. .

Изобретение относится к измерению характеристик частиц в двухфазных средах оптическими методами. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения размеров дисперсных частиц, может быть использовано в двигателях для оценки дисперсного состава выхлопных газов.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему способу определения гранулометрических характеристик дисперсных материалов и может быть использовано во многих отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, косметической, химической, строительстве (при определении качества строительных материалов), для контроля взрывчатых веществ, т.е

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях пауки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц

Изобретение относится к устройству для разделения сыпучих материалов по размерам частиц в пределах гранулометрического состава и может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в химической, строительной, металлургической и других областях промышленности. Ситовый анализатор содержит приводной механизм и набор сит. При этом для повышения эффективности рассева приводной механизм выполнен в виде нескольких, минимум трех, цилиндров с подвижными штоками, проходящими через их центральное отверстие и закрепленными в эластичных тороидах. Тороиды заполнены текучей средой, обеспечивающей пневмоуправление возвратно-поступательного движения в цилиндрах. Изобретение обеспечивает повышение эффективности рассева за счет целенаправленного программирования функций рассева, а также бесступенчатого управления и плавности регулирования процесса. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами, включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и ультразвукового излучений, регистрацию рассеянного и отраженного дисперсными частицами излучения. При этом имеется эталонный канал с чистым моторным маслом и два канала в исследуемом объеме картера двигателя: канал измерения металлических частиц, располагающийся внизу масляного поддона картера двигателя, и канал измерения угарных частиц, располагающийся на высоте минимального уровня масла в картере. Кроме того, также имеется три ультразвуковых излучателя, частота которых зависит от температуры масла, и по получаемым амплитудам и длительностям импульсов рассеянных сигналов на фотоприемниках и по соотношениям между сигналами эталонного канала и канала измерения металлических частиц, а также между сигналами эталонного канала и канала измерения угарных частиц судят о размерах дисперсных частиц, степени и характере загрязненности моторного масла в соответствии с существующим стандартом. Техническим результатом изобретения является повышение информативности данных для оценки концентрации взвешенных металлических и угарных дисперсных частиц, находящихся в масле, т.е. дает возможность контролировать качество работы двигателя, оставшийся ресурс работы масла до его замены. 1 ил.

Использование: для калибровки оптической измерительной аппаратуры при оценке среднего диаметра дисперсных частиц. Сущность: заключается в том, что проводят измерения характеристик дисперсной системы калибруемой аппаратурой и фоторегистрирующим прибором с последующим определением зависимости сигнала калибруемой аппаратуры от среднего диаметра частиц, определенного визуально, при этом воздействуют ультразвуком на жидкость, создавая дисперсную систему, освещают ее периодическими импульсами света длительностью Ти≤0,1Туз (где Туз - период ультразвуковых колебаний), синхронизованными с ультразвуковыми колебаниями, во время импульсов света измеряют калибруемой аппаратурой и определяют по результатам фоторегистрации средний диаметр дисперсных частиц (dср.а и dср.ф соответственно), изменяют сдвиг фаз между световыми импульсами и ультразвуковыми колебаниями, а также мощность ультразвука, после чего измерения и фоторегистрацию повторяют до получения требуемого количества калибровочных уровней, определяют калибровочную характеристику как зависимость величины dср.а от dср.ф. Технический результат: упрощение калибровки за счет исключения операций, связанных с использованием эталонных порошков, а также расширение области применения за счет калибровки приборов, реализующих интегральные методы оптики дисперсных систем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявляемый способ может найти применение при создании и производстве наноструктурированных пленок из пленкообразующих золей для газочувствительных сенсоров. Способ заключается в том, что изготавливают эталонные образцы с заданной начальной концентрацией наночастиц. Записывают инфракрасные спектры эталонных образцов, идентифицируют характеристические пики поглощения. Записывают инфракрасные спектры эталонных образцов во время процесса коагуляции, строят экспериментальную зависимость коэффициента пропускания инфракрасного излучения от времени коагуляции. Записывают инфракрасные спектры исследуемых образцов и определяют концентрации С и размер наночастиц d по соотношениям C ( T ) = C 0 1 + C 0 τ ( T ) K , d ( T ) = α χ ln ( 1 + K ⋅ C 0 ⋅ τ ( T ) ) ln ( ξ ) , C 0 = ρ к V к N A M к V з о л я , K = 4 k T 3 η ψ , где C0 - начальная концентрация наночастиц в золе; K - константа коагуляции, определяемая составом золя; ρк - плотность компонента золя, образующего наночастицы; Vк - объем компонента золя, образующего наночастицы; NA - число Авогадро; Мк - молярная масса компонента золя, образующего наночастицы; Vзоля - объем золя; k - постоянная Больцмана; T=29S K - температура; η - динамическая вязкость раствора; ψ=10-9 - параметр, характеризующий эффективную вероятность соударения наночастиц друг с другом; α - размер молекулы, образующей наночастицу; χ=3 - коэффициент роста диаметра наночастицы в процессе коагуляции; ξ=13 - константа, связанная с фрактальностью наночастицы; τ(Т) - аппроксимация экспериментальной зависимости коэффициента пропускания ИК-излучения через золь от времени. Техническим результатом является создание способа определения концентрации и среднего размера наночастиц в золе, претерпевающем коагуляцию с помощью ИК-спектроскопии. 14 ил.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц. Способ состоит в том, что поток частиц освещают световым пучком и регистрируют изображение частиц, по которым и судят о размерах и формах частиц. Световой пучок после прохождения потока разворачивают по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с четырех углов светового потока. Таким образом, в плоскости регистрации имеется четыре проекции частицы. По полученным изображениям судят о размерах и формах частиц сложной формы. Техническим результатом изобретения является повышение информативности данных для оценки несферических частиц сложной формы и их ориентации в пространстве. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам контроля параметров дисперсных сред, и может найти применение при контроле запыленности газов и загрязнения жидкостей. Способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц включает зондирование потока исследуемой среды световым пучком, а также регистрацию сигналов взаимодействия зондирующего светового пучка с частицами. Также способ включает измерение амплитуды и числа фотоэлектрических импульсов этих сигналов, по которым определяют соответственно размеры и концентрацию частиц. При этом поток фотоэлектрических импульсов подвергают первичной амплитудной дискриминации с верхним и нижним пороговыми уровнями, а затем селектор импульсов обеспечивает прохождение импульсов с длительностью, превышающей определенную пороговую величину, устройство коррекции многократных совпадений подвергает фотоэлектрические импульсы принудительному прерыванию через время, равное длительности пролета частиц через счетный объем. Фотоэлектрические импульсы подвергают принудительному прерыванию через время, равное длительности пролета частиц через счетный объем, и в зависимости от импульсов, поступающих в персональный компьютер, управляют воздуходувкой и длительностью импульсов принудительного прерывания, а также амплитудой излучения лазера и верхним пороговым уровнем амплитудной дискриминации. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения концентрации и размеров частиц. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к фотоэлектрическим устройствам, предназначенным для исследования дисперсных систем. Устройство предназначено для калибровки оптической аппаратуры, измеряющей средний диаметр дисперсных частиц, и содержит кювету с прозрачной жидкостью, измерительный канал, состоящий из микроскопа и фоторегистратора, и осветительный канал, содержащий два источника света с различными длинами волн. Дополнительно введены ультразвуковой генератор, ультразвуковой излучатель, импульсный блок питания источников света, синхронизатор и калибруемая аппаратура, при этом направления оптических осей измерительного канала и калибруемой аппаратуры пересекаются в освещенной зоне кюветы, один источник света установлен на оптической оси измерительного канала, а второй источник имеет оптическую ось, согласованную с оптической осью калибруемой аппаратуры, выход ультразвукового генератора подключен ко входу ультразвукового излучателя, а последний помещен в кювету с жидкостью и закреплен в непосредственной близости от освещенной зоны, к выходу импульсного блока питания подключены источники света, вход синхронизатора соединен с выходом ультразвукового генератора, а выходы синхронизатора соединены с управляющими входами регистратора калибруемой аппаратуры, фоторегистратора и импульсного блока питания источников света. При этом кавитационные пузыри в кювете, получаемые в результате действия ультразвукового генератора, выполняют функцию дисперсных частиц для калибровки. Устройство может иметь следующие варианты конструкции: оптическая ось второго источника света совпадает с оптической осью калибруемой аппаратуры; калибруемая аппаратура и второй источник света закреплены с возможностью раздельного перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси измерительного канала. Результатом применения изобретения является упрощение калибровки измерительных систем за счет замены образцовых суспензий дисперсной системой с регулируемым средним диаметром частиц и синхронизации процессов управления и измерения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх