Способ определения электрофизического параметра порошкообразных материалов и устройство, его осуществляющее

Авторы патента:

G01N27/02 - измерением полного сопротивления материалов

Владельцы патента RU 2467319:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)

Изобретения относятся к исследованию порошковых проб с помощью электрических средств и могут быть использованы для контроля качества материала в порошковой металлургии и пиротехнике. Способ согласно изобретению заключается в том, что производят измерение электрического сопротивления различных участков между точками противоположных поверхностей пробы, рассчитывают его среднее значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации, являющийся критерием однородности пробы по составу и электропроводности. Способ осуществляют с применением разъемной пресс-матрицы, установленной на платформе 6, состоящей из корпуса 3, поддона 5 и пуансона 2, изготовляемых из диэлектрического материала, и снабженной зондами 8 в количестве по 7 штук и на поддоне, и на пуансоне: по 6 по периферии и по одному в центре, позволяющей измерять электрическое сопротивление различных участков пробы. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей путем осуществления экспресс-контроля однородности смесевых порошкообразных материалов по количественному признаку. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к исследованию свойств порошкообразных материалов по величине электропроводности или электросопротивления и может быть использовано для контроля качества материала в порошковой металлургии и пиротехнике.

Задачей, стоящей в рассматриваемой области техники, является обеспечение контроля качества многокомпонентных порошкообразных материалов.

Известны из предшествующего уровня техники методы и устройства для определения физических параметров исследуемых порошкообразных материалов с помощью электрических средств, в том числе путем измерения электрического сопротивления пробы, например, по патенту RU 2273846 / опубликован 10.04.2006, бюл. №10/. Данный способ позволяет определить состав двухкомпонентной порошковой пробы путем измерения электрического сопротивления пробы под нагрузкой при пропускании зондирующего тока между поддоном и пуансоном. По калибровочной кривой зависимости электросопротивления от их состава, определенной каким-либо другим способом, например приготовлением эталонных порошков путем смешивания заранее известных количеств химически чистых компонентов, определяют процентный состав компонентов любой смеси порошков. При этом устройство, позволяющее осуществить данный способ, включает в себя пресс-матрицу, поддон и пуансон, которой выполнены из проводящего материала. Однако данный метод и устройство не пригодны для определения однородности смесевых многокомпонентных порошкообразных материалов, поскольку для получения независимым способом эталонных зависимостей электросопротивления от процентного содержания каждой компоненты потребуется большое число измерений.

Наиболее близким аналогом из методов и средств, имеющих назначение определения электрофизического параметра порошкообразных материалов, является способ определения электрофизического параметра - удельного электрического сопротивления пробы под давлением - с помощью четырехзондовой ячейки путем измерения сопротивления пробы вольт-амперным методом с двукратной сменой направления зондирующего тока между точками одной поверхности пробы, после чего требуемый параметр определяется расчетным путем с применением функции отношения двух значений сопротивления /Хоттмэн и Пол. Приборы для научных исследований, №3, 1971, с.94-95/. Устройство, осуществляющее данный способ, содержит пресс-матрицу, у которой поддон и пуансон выполнены из диэлектрического материала, при этом на поддоне расположены токовые и потенциальные зонды, торцы которых установлены заподлицо с рабочей поверхностью поддона по периферии, а выводы соединены с измерительной системой. Данный способ и устройство выбраны в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является, во-первых, то, что число измерений электрического сопротивления равно двум, что статистически недостаточно для количественной оценки однородности смесевого порошка. Во-вторых, измеряемое электрическое сопротивление является в том числе результатом поверхностной проводимости как самого порошка, так и материала поддона, так как торцы всех четырех зондов расположены в одной плоскости.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке метода и устройства контроля однородности смесевых порошкообразных материалов, которая является важным параметром, влияющим на функциональные характеристики материала. Критерием однородности смесевого порошка по составу служит величина разброса его электрического сопротивления.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей путем осуществления экспрессного контроля однородности смесевых порошкообразных материалов по количественному признаку.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения электрофизического параметра порошкообразных материалов, включающем измерение электрического сопротивления пробы под давлением при пропускании через него зондирующего тока и определение требуемого параметра расчетным путем, новым является то, что зондирующий ток пропускают в направлении от одной поверхности пробы к противоположной и измеряют электрическое сопротивление различных участков пробы между точками противоположных поверхностей пробы, рассчитывают его среднее значение, среднеквадратическое отклонение (с.к.о.), по которым определяют коэффициент вариации, характеризующий однородность пробы по составу и электропроводности, который выбирают в качестве критерия электрофизического параметра.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения электрофизического параметра порошкообразных материалов, включающем пресс-матрицу, у которой пуансон и поддон выполнены из диэлектрического материала и поддон снабжен электрическими зондами, торцы которых установлены заподлицо с рабочей поверхностью поддона равномерно по периферии, а выводы соединены с измерительной системой, новым является то, что поддон дополнительно снабжен центральным зондом, а количество периферийных зондов должно быть не менее 6-ти, при этом пуансон также снабжен электрическими зондами, которые размещены симметрично оппозитно зондам поддона, и выводы соединены с измерительной системой.

Пропуск зондирующего тока в направлении от одной поверхности пробы к противоположной необходим для создания разности потенциалов между точками противоположных поверхностей пробы.

Измерение электрического сопротивления между точками противоположных поверхностей пробы позволяет определить объемное электрическое сопротивление материала, более информативное по сравнению с поверхностным сопротивлением и служащее при необходимости базой для расчета удельного электрического сопротивления.

Измерение электрического сопротивления разных участков (частей) пробы позволяет судить об их однородности. При равном содержании компонентов материала во всех участках пробы различие значений их электрического сопротивления находится в точке минимума на кривой распределения. Если различные участки пробы, состоящей из компонентов с различной электрической проводимостью, имеют резко различающиеся значения электросопротивления, то это свидетельствует о нарушении или отсутствии однородности. Для экспресс-анализа достаточным является простое сравнение коэффициентов вариации эталонного образца (определенных другим независимым способом) и пробы. При проведении параллельных испытаний необходима идентичность масс проб и усилия прессования.

С точки зрения статистики число измерений должно быть не менее 10, свыше которых среднеквадратическое отклонение слабо зависит от их увеличения /К.П.Яковлев. Математическая обработка результатов измерений, М., Физматгиз, 1953/. С учетом этого условия общее количество зондов выбрано равным четырнадцати, причем они расположены и на поддоне, и на пуансоне симметрично оппозитно: по шесть по периферии и по одному по центру, что позволяет производить до 12 измерений.

Наличие центрального зонда (размещение по оси) позволяет делить пробу на равные участки (части), что обеспечивает тождественность условий измерений. Наличие зондов на пуансоне и поддоне обеспечивает увеличение числа измерений вдвое.

Заявляемый способ осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг.1.

Устройство на фиг.1 выполнено по п.2 патентной формулы. Устройство размещено на платформе 6, содержит разъемную пресс-матрицу, корпус 3, поддон 5 и пуансон 2, которые выполнены из диэлектрического материала. Поддон и пуансон снабжены зондами 8, торцы которых установлены заподлицо с рабочими поверхностями, а выводы 7 соединены с измерительной системой, состоящей из многопозиционного переключателя SA и омметра Р. Зонды, в количестве по шесть штук и на поддоне, и на пуансоне, размещены симметрично оппозитно равномерно по периферии, а седьмые зонды - в центрах поддона и пуансона (на фиг.1 периферийные зонды на пуансоне не показаны). Такое расположение зондов позволяет измерять электрическое сопротивление различных участков пробы 4, зажатой между поддоном 5 и пуансоном 2, при приложении нагрузки через вставку 1.

Определение однородности по составу и электропроводности было проведено на примере смесей: Mo+2Si; Si(0.4)+PbO(0.6) и ВНЖ (вольфрам+никель+железо). После засыпки пробы порошка 4 в пресс-матрицу 3, 5 (фиг.1) и поджатия ее до появления проводимости производится измерение электрического сопротивления между центральным зондом на пуансоне пресс-матрицы и каждым из шести периферийных зондов на поддоне пресс-матрицы (упрощенный вариант - 6 измерений) плюс измерение между центральным зондом на поддоне пресс-матрицы и каждым из шести периферийных зондов на пуансоне пресс-формы (12 измерений) или между парами оппозитно расположенных зондов на поддоне и пуансоне пресс-формы (7 измерений).

При конкретном исполнении корпус пресс-формы, поддон и пуансон были изготовлены из оргстекла. Внутренний диаметр корпуса пресс-формы был равен 10 мм, высота пробы - от 3 до 4 мм, в качестве зондов использовались медные проводники диаметром 0,5 или 0,3 мм, размещенные по окружности диаметром 9 мм. Эксперимент осуществлялся на винтовом прессе, измерения электрического сопротивления выполнялись с учетом существования зависимости сопротивления от времени: либо максимально быстро (в течение не более 15 с), либо по достижении стабильного значения.

Результаты опытной проверки заявляемых способа и устройства представлены в таблице.

Смесь	Низкая однородность ("плохое перемешивание"- встряхивание вручную в ампуле)	Высокая однородность ("хорошее перемешивание"-шаровая мельница)
Сред. знач., Ом	с.к.о., Ом	Коэф. вар.	Время, мин	Сред. знач., Ом	с.к.о., Ом	Коэф. вар.	Время, мин
Mo+2Si	22,1^∗10³	6,3^∗10³	0,28	0
38,5^∗10³	14^∗10³	0,29	25	43,6^∗10³	8^∗10³	0,18	20
Si(0.4)+Рb₃O₄(0.6)	8,4^∗10⁶	2,5^∗10⁶	0,30	0	10,4^∗10⁶	1,7^∗10⁶	0,17	0
11,3^∗10⁶	3,2^∗10⁶	0,29	20	15,8^∗10⁶	2,9^∗10⁶	0,18	40
ВНЖ	4,75	7,8	1,85	0	0,85	0,11	0,13	0
4,36	7,9	1,81	20	0,90	0,10	0,11	5

Из данных таблицы следует что, смесям высокой однородности соответствуют значительно меньшие значения коэффициента вариации по сравнению со смесями худшей однородности.

Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют осуществить экспресс-контроль однородности смесевых порошкообразных материалов по количественному признаку - коэффициенту вариации значений сопротивлений различных участков пробы. Пробные испытания подтвердили осуществимость предложенных решений.

1. Способ определения электрофизического параметра порошкообразных материалов, включающий измерение электрического сопротивления пробы под нагрузкой при пропускании через нее зондирующего тока и определение требуемого параметра расчетным путем, отличающийся тем, что измеряют электрическое сопротивление различных участков пробы между точками противоположных поверхностей пробы, рассчитывают его среднее значение, среднеквадратическое отклонение, по которым определяют коэффициент вариации, характеризующий однородность пробы по составу и электропроводности, который выбирают в качестве критерия электрофизического параметра.

2. Устройство для определения электрофизического параметра порошкообразных материалов, включающее измерительную систему, прессматрицу, корпус, пуансон и поддон которой выполнены из диэлектрического материала, при этом поддон снабжен электрическими зондами, торцы которых установлены заподлицо с рабочей поверхностью поддона по периферии, а выводы соединены с измерительной системой, отличающееся тем, что поддон дополнительно снабжен центральным зондом, а количество периферийных зондов должно быть не менее 6, при этом пуансон также снабжен электрическими зондами, которые размещены симметрично оппозитно зондам поддона, а выводы также соединены с измерительной системой.

Способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода // 2449264

Изобретение относится к области эксплуатации подземных и наземных металлических трубопроводов, а именно - к мониторингу их коррозионного состояния. .

Способ определения параметров газовой среды и устройство для его реализации // 2438121

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам определения параметров газовой среды (температура, влажность, давление, расход, вакуум и т.п.).

Устройство для измерения влажности горизонтов почвы // 2433391

Система с высоким импедансом для генерирования электрических полей и способ ее использования // 2408006

Способ определения активности ионов водорода // 2402758

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения активности ионов водорода (показателя рН) в жидких средах. .

Инклинометр // 2401426

Способ контроля качества сборки и надежности сборочной единицы // 2387987

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики объектов при сборке по параметрам их механических колебаний, например, серийных изделий устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС).

Бортовое устройство для измерения октанового числа бензинов // 2380695

Способ измерения содержания мочевины в крови методом обратного ионтофореза // 2373969

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и определения содержания мочевины в крови человека. .

Способ селективного определения концентрации аммиака и его производных в газовой среде // 2473893

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к сенсорам концентрации газов, и предназначено для селективного определения концентрации аммиака и некоторых его производных (например, гидразина и несимметричного диметилгидразина), и может быть использовано для медицинской диагностики, для экологического мониторинга в химической, нефтехимической, металлургической, холодильной, пищевой, электронной, авиакосмической и некоторых других областях промышленности

Трехэлектродный датчик // 2482469

Изобретение относится к области измерения электрофизических параметров жидкостей, а именно измерения электропроводности, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь жидкостей, преимущественно электролитов в связи с изучением и контролем их состава и строения

Устройство для измерения объемной концентрации пузырьков газа в жидкости // 2485489

Способ определения электрических характеристик и/или идентификации биологических объектов и устройство для его осуществления // 2488104

Изобретение относится к методам анализа физических и химических свойств биологических тканей и материалов биологического происхождения путем регистрации электрохимических параметров и математической обработки полученных данных и может быть использовано в пищевой промышленности для аналитического контроля (диагностики) и оценки показателей качества и безопасности продуктов питания и сырья для их изготовления, а также в медицине для диагностики различных заболеваний и оценки степени патологических изменений в тканях и органах

Способ определения содержания водорода в титане // 2498282

Изобретение может быть использовано для контроля материалов, изначально свободных и защищенных от водорода для космических аппаратов, активных зон водоохлаждаемых ядерных энергетических установок (ЯЭУ), вентиляторов двигателей самолетов, дисков турбин высокого и низкого давления, их планетарных редукторов и других изделий, подвергаемых наводороживанию в процессе производства и эксплуатации. Согласно изобретению для определения содержания водорода в изделиях из титана в слоях по глубине образца величину вихревого тока определяют на различных частотах, при этом на каждой частоте определяют максимальное значение вихревого тока в зависимости от углового расположения датчика, измеряют сопротивления R1 и R2 на частотах, соответствующих разности глубин a1 и a2, вычисляют электропроводность для заданной глубины ax=a2-a1, затем по градуировочной эталонной зависимости электропроводности от концентрации водорода в титане определяют искомое содержание водорода в слое по глубине титанового изделия (образца). Изобретение обеспечивает возможность определения содержания водорода в слоях насыщенного водородом титана, расположенных на разной глубине, и повышает точность определения содержания водорода. 4 ил., 3 табл.

Устройство для измерения удельной электропроводности пластичного вещества // 2498283

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам определения электрических свойств материалов, и может быть использовано для создания веществ, обладающих требуемыми зависимостями удельной электропроводности от давления, которые применяются, например, при оценке изменения во времени горного давления в породных массивах. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества. Технический результат достигается за счет возможности определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления. Устройство включает диэлектрическую трубку, в один конец которой вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в нее вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления. Электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления. Диэлектрическая трубка герметизирована. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения остаточной водонасыщенности и других форм связанной воды в материале керна // 2502991

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности для исследования пластов, определения их остаточной водонасыщенности, для оперативного контроля влажности на нефтепромысловых скважинах. Способ определения водонасыщенности керна и других форм связанной воды в материале керна включает приготовление образца из керна, экстракцию и высушивание образца, моделирование пластовых условий в образце керна, фильтрацию минерализованной воды через образец керна и последовательное измерение в процессе фильтрации промежуточных значений тока, проходящего через образец при подаче на него переменного напряжения, построение зависимости значения электрического сигнала от водонасыщенности образца керна, при этом дополнительно, согласно изобретению, перед измерениями керн изолируют тонкой диэлектрической оболочкой и помещают между электродами емкостной измерительной ячейки, а значения тока, проходящего через образец при различных значениях водонасыщенности (от 0 до 100%), определяют методом бесконтактной высокочастотной кондуктометрии, например методом нелинейного неуравновешенного моста, питаемого высокочастотным напряжением с частотой 2-10 МГц, на полученной зависимости значений электрического сигнала от водонасыщенности образца керна выделяют три области с различными значениями крутизны подъема графика с ростом водонасыщенности, а границы энергетически различных категорий связанной воды в керне, в том числе остаточной водонасыщенности, определяют как точки перегиба между упомянутыми областями с различными значениями крутизны сигнала. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений и упрощение процесса определения остаточной водонасыщенности керна с одновременным расширением области применения разрабатываемого способа, в частности и других форм связанной воды в материале керна. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения концентрации компонентов смеси высокоразбавленных сильных электролитов // 2506577

Изобретение может быть использовано в системах контроля водно-химического режима для тепловой, атомной и промышленной энергетики. Cпособ определения концентрации компонентов смеси высокоразбавленных сильных электролитов включает одновременное измерение удельной электропроводности и температуры анализируемого раствора при разных температурах в количестве, равном количеству компонентов раствора, решение системы уравнений электропроводности в количестве, равном числу измерений, каждое из которых имеет определенный вид, с определением при решении уравнений значений удельной электропроводности при температуре 18°С для каждого из компонентов смеси и нахождение по известным (справочным) данным соответствующей им концентрации. Изобретение обеспечивает упрощение процесса за счет непосредственного определения концентрации каждого компонента, входящего в состав раствора. 1 пр.,1 ил.

Способ и система автоматизированного контроля процессов в первичных отстойниках, вторичных отстойниках и/или отстойниках-илоуплотнителяx очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства // 2522316

Изобретение относится к способу и системе автоматизированного контроля процессов в первичных и вторичных отстойниках или отстойниках-илоуплотнителях очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства. Технический результат заключается в повышении эффективности автоматизированного контроля отстойников сточных вод. Система содержит совокупность первичных преобразователей емкостного типа для измерения электрической емкости (диэлектрической проницаемости) и электрического сопротивления (удельной электропроводности), а также температуры, размещаемых на подвижном оборудовании, расположенном внутри отстойника, совокупность вторичных преобразователей, соединенных с первичными преобразователями, подающих на первичные преобразователи сигналы воздействия заданных частоты и амплитуды и получающих ответные мгновенные значение напряжения и тока первичных преобразователей для последующей обработки, программируемое устройство или автоматизированное рабочее место контроля, подключенное к вторичным преобразователям по проводному или беспроводному каналу связи, с функциями сбора, обработки и хранения информации, включая контроль динамики изменения измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности во времени или относительно конструкции отстойника и формирование итогового прогноза уровня или свойств для осадка или ила. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Неинвазивный контроль уровня содержания метаболитов в крови // 2537083

Способ неинвазивного контроля содержания метаболитов в крови, включающий многократное измерение с помощью матрицы датчиков показаний электромагнитного импеданса в эпидермальном слое пациента и в одном из слоев, включающих кожный слой или подкожный слой пациента, пока разность между показаниями не превысит пороговую величину; вычисление величины импеданса, отображающей указанную разность, с использованием модели эквивалентной схемы и данных индивидуального поправочного коэффициента, характерных для физиологической характеристики пациента; и определение уровня содержания метаболитов в крови пациента на основании величины импеданса и алгоритма определения уровня содержания метаболитов в крови, в котором данные уровня содержания метаболитов в крови сопоставляются с соответствующим значением данных электромагнитного импеданса пациента. Также предложена система контроля уровня содержания по меньшей мере одного из веществ: глюкозы, электролита или искомого вещества. Изобретение обеспечивает возможность без чрезмерного экспериментирования легко адаптировать его для контроля содержания метаболитов в крови пациента. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.