Способ контроля степени дисперсностиизмельченных токопроводящихматериалов

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИД1!ТИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«» 805128 (б3) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 07.02.79 (21).2723261/18-25 (5!)М. Кл.з

G 01 и 15/02 с присоединением заявки Н9—

Государстаеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 150281.Бюллетень ФВ 6

Дата опубликования описания 17. 02. 81 (53) УДК 539.215..4 (088.8) 1.(;,, Ю Я

В.К. Важненко, Н.И. Рогалева и g Че й9, ЕМ г„,, (7

1 й- / (72) Авторы изобретения

Запорожский филиал Всесоюзного и конструкторского института ского (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОСТИ

ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ТОКОПРОВОДЯЩИХ, МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию физических свойств, а именно к способам гранулометрического анализа токопроводящих дисперсных материалов и может быть использовано для измерения среднего диаметра уг» легрчфитовых дисперсных материалов, например для определения степени измельчения прокаленной углеграфи, товой шихты в электродном производ- 1.0 стве.

Известен способ определения степени дисперсностн измельченных мате. риалов, заключающийся в том, что дисперсный материал, поступающий на 35 вращающуюся подложку из эластичнсго материала, распределяется между ней и пластинкой, находящейся на щупе индикатора володин слой при условии, .что трение.его о подложку больше тре 20 ния о пластинку. Благодаря разной глубине вдавливания каждой частицы в подложку пластинка поднимается на величину, соответствующую среднему размеру одновременно измеряемых частиц (1).

Известен также способ измерения размера частиц, согласно которому порошкообразный твердый материал транспортируется в потоке воздуха 30 по трубопроводу между электродами, емкостное сопротивление которых из,меняется при изменении скорости потока,порошка. Скорость же потока изменяется с изменением среднего диаметра частиц порошка вследствие турбулентности (2 ).

Однако реализация этих методов требует наличия движущихся частей в приборе I1 j наличия устройства точного дозирования материала и устройства для создания смеси конт ролируемый материал-воздух (2 ).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ оценки дисперсности емкостным методом, который заключается в измерении электрической емкости. В измерительную ячейку вводится контролируемое вещество с жидкостью, вязкость и плотность которой известна, а диэлектрическая проницаемость резко отличается от диэлектрической проницаемости контролируемого порошка. Контролируемый материал равномерно распределяют по объему (суспензируют), затем взвешенному в жидкости материалу дают возможность оседать под действием силы тяжести.

В зависимости от скорости осаждения

805128 частиц, пропорциональной нх размеру, изменяется концентрация материала между электродами, а следовательно, диэлектрическая проницаемость смеси.

По скорости изменения диэлектрической проницаемости судят о дис- 5 персности материала (3).

Однако при помощи этого метода ,можно оценивать дисперсность порошкообразных материалов только в пределах размеров частиц от 100 до 0,05 мк, © причем для порошков тяжелых веществ верхняя граница понижается до 50-.

20 мк, так как чем больше размер частицы, тем больше ее вес, тем быстрее она оседает и тем труднее зарегистрировать изменения в суспензии.

Этим методом можно определить дисперсный состав только гомогенного по химическому составу материала. Если же контролируемый материал представляет собой смесь частиц различ- 20 ных веществ, то в связи с их различным удельным весом не удается по ско" рости оседания под действием силы тяжести определить размеры.

На точность измерений этим спо- g5 собом влияет температура окружающей среды. Плотность и вязкость жидкостей с изменением температуры меняются, это сказывается на значении стоксовской постоянной - меняются ;@ скорости осаждения частиц.

Этот способ также нельзя использовать для автоматического непрерывного контроля в технологическом потоке, так как он по сути является ..дискретным (необходимо определенное время, чтобы частицы осели), Цель изобретения — расширение диапазона измерения и обеспечение воэможности контроля гетерогенных по химическому составу материалов. 40

Цель достигается тем, что в известном способе контроля степени дисперсности измельченных токопроводящих материалов путем измерения электрической емкости создают на поверхности изолированного электрода сплошной слой контролируемого материала высотой, значительно (например на порядок) превыаающий средний размер частиц, а емкость измеряют между изолированным электродом и контролируемык материалом. Причем сплошной слой контролируемого материала на поверхности изолированного электрода получают путем создания проходжего по этой поверхности нерперывности потока материала, а измеряемые значения емкости интегрируют эа определенный промежуток времени.

Так как величина емкости в дан- 40 ном случае зависит только от степени шероховатости второго электрода (сплошного слоя контролируемого токопроводящего материала), которая является функцией только размера частицфЯ где емкость системы, изолированный электрод-контролируемый материал; диэлектрическая проницаемость вакуума; средний радиус частиц контролируемого материала; коэффициент пропорциональ-: ности> толщина слоя диэлектрика;

К9

dgи практически не зависит от веса час» тиц и удельного веса материала, то этим способом можно измерять крупность частиц практически в любом диапазоне и контролировать как гомогенный, так и гетерогенный по химическому составу токопроводящий материал.

Тот факт, что высота слоя, контролируемого материала, значительно, например на порядок, превышает средний размер частиц, гарантирует сплошйость слоя, а слой контролируемого материала только при этом условии может служить вторым электродом кон" денсатора, образованного системой изолированный электрод-контролируемый материал.

Сплошной слой может быть получен движущимся потоком токопроводящего материала по поверхности изолированного электрода, что повышает точность измерения, так как при конкретных условиях создания потока н достаточном времени интегрирования исключается случайная ошибка измерения, связанная со случайным взаимным расположением частиц однократного измерения.

Кроме того, использование при измерении сплошного движущегося слоя материала значительно упрощает техническую реализацию устройства автоматического контроля на основе предлагаемого способа.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Получают на поверхности изолированного электрода путем создания проходящего по этой поверхности непрерывного потока сплошной слой контролируемого материала высотой, значительно, например на порядок, превышающей средний размер частиц, и измеряют емкость между изолированным электродом и контролируемым материалом, интегрируя ее за определенный промежуток времени.

Измерительный (показывающий или . регистрирующий)прибор градуируется сразу в единицах среднего размера частиц, так как емкость в данном случае связана со средним размером частиц по формуле

С sob

9+ 2 р Е

805128

Е- — диэлектрическая проницаемость диэлектрика

S — площадь пластины.

На фиг. 1а изображена принципиалюг ная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 1б—

2а и 2б дан вывод зависимости измеряемой емкости от среднего размера частиц при данном способе измерения.

На металлической пластине 1 (фиг.1а) с диэлектрическим покрытием .2, служащий электродом, создан спло- гО шной слой контролируемого материала

Э вЂ, углеграфитовой шнхты со средним диаметром 1-10 мм и высотой 10-100мм (слой получен, например, путем создания проходящего по этому электроду )$ непрерывного потока материала достаточной высоты).

Пластина 1 и поток контролируемого материала 3 электрически соединены со входом измерительной схемы

4. Измеряется емкость между частицами материала и металлическим электродом, которая является функцией среднего диаметра частиц коитролируеМого материала..В качестве измерительной схемы может быть выбрана любая схема измерителя величины влек» трической емкости, включающая интегрирующее устройство.

Если выделить бесконечно малый объем аЧ (фиг. 1а), ограниченный 30 сверху поверхностью F (x, у) проекция aS этой поверхности на плоскость ХОУ показана на фиг. 1б, то в пределах этого объема можно считать (x, у) - F (х,г, уг) const. 35

Рассмотрим электрическую емкость аС указанного объема аЧ, которую . можно представить как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов с площадью aS, у которых 40 между электродным чзолятором служит соответственно диэлектрик с товщиной, d@ и воздушное пространство между верхней поверхностью диэлектрика и поверхностью F (x, у), высотой ctgг Cb

45 где

А ях FF(x,1)сь о о - (2) б д

О экю т.е. (6) к„ с=, (z) озкв

Найдем теперь зависимость условного воздушного промежутка dbsÄ>or среднего размера р частиц материала.

Для реальных частиц измельченных материалов точное математическое выражение поверхности Z F(х, у)представить невозможно в связи с большим количеством частиц различных раз" мероэ и Форм, а также различными условиями их контакта со слоем диэлектрика, Однако для оценки метода досточно определить порядок зависимости db Äaf (9) где р - средний размер частиц.

ПредпОложиму чтО частицы момодис» персного материала имеют шарообразную форму и расположены на поверхности слоя диэлектрика (фиг. 2а). . РассмотРим зависимость юг,з„@У (Р) .на модели конденсатора, образованного поверхностью нижней половины шара радиусом J н его проекцией иа плоскость ХОУ (фиг. 2б).

Используя сферические координаты и введя обозчачения к » 9 sin Э cos ф; у 0 ь!п ф sin%;

9 cos г15 -pepsin 9 д ed ;

P + 7 P(1+cos 9) ° аС

4С +аС (1) где С - емкость частк объема 4Ч, занятой воздушным пространством; 50 ,ьС - емкость части объема аЧ, занятой диэлектриком, Учитывая, что исследуемый материал является проводящим, и, используя принцип суперпозиции, легко доказать, что результирующая электрическая емкость С между металлической пластиной 1 со слоем диэлектрика 2 и слоем контролируемого материала 3 определяется последова тельным соединением двух кондеиса- 6Q торов с площадью пластин 5,. у которых междуэлектродным изолятором служит диэлектрик с толщиной. d u воздушное пространство высотой 4

Ъ (условный воздушный промежуток), 65 с= —.С9Cb (3) г Ь где С и С + - емкости рассматриваемых Kac eй системы, занятых соответственно диэлектриком и воздушным пространством, которые определяются по приведенным ниже формулам

C ч= а где Е - диэлектрическая проницаемость слоя днэлектрикаг

Е - диэлектричЕская проницае1 мость вакуума

c„= (s)

Ь зкв где Š— диэлектрическая проницае- . мость воздуха.

Таким Образом, подставив в выражение (3) значения Сд- и СЬ из выражений (гг) и (5) полубг м, î5

Й (bee Ег

8 формуле (6) от грансостава исследуемого материала зависит только величина dy, поэтому, введя обозначения Е Ь=K и = К2g Mo)KHO

О записать:

805128 или, обозначив пЬлучаем ерез K с КЛ

КРР+К2

56 (10). получаем следующее выражение электрической емкости рассматриваемого конденсатора

Све,Е -а р вьваею -а. зевав > И„,(...> v. „„..„. где oC — угол контакта шара с плоскостью.

Для приведения интеграла к табличному виду произведем замену переменных и пределов интегрирования

COS 9 16 с--. пЕ Е;.

t COS у {F;

t g C O S (Ф -сЦ), C O S (Ф, аЦ 0 6(-аС) COG (KM)

С=-Е Е 1®pJ -" — =-g g <в 1 ЧИЖ

<+ Ь о P 1+ о

СО5 (f-, 1

Е б 2ВРЕп (1+О! =Е f 2юр п»

Ь о о

"а+со& (Ф- А) ) (6), 20 с другой стороны, емкость этого же конденсатора согласно выражению (S) равна: а = а

Ь экю 1 зкв

Отсюда следует, что

Ъъкв с

36

Подставив в последнюю формулу значение С из выражения (8), нолуд =к . 0 экв P) (y) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый экс- периментально для конкретных материалов.

Из выражений (7) и (9) получаем зависимость емкости между изолированным электродом и коитролируемым материалом от величины среднего размера частиц

Таким образом, измеряя емкость между изолированным электродом и расположенным на нем сплошным слоем контролируемого маТериала., по формуле (10) можно определить средний размер частиц материала.

Предлагаемый способ позволяет noBMcHTb оперативность контроля грансостава шихты и производить измерения дисперсности материала в потоке, непосредственно на технологической линии.

Формула изобретения

Способ контроля степени дис персности измельченных токопроводящих материалов путем измерения электрической емкости, отличающийся тем

Ф

nî, с целью расширения диапазсна измерений на поверхности изолированного электрода размещают сплошной слой контролируемого материала, толщина которого не менее, чем на порядок превышает средний размер частиц, подводят к слою потенциал и измеряют емкость между слоем контролируемого материала и электродом, а средний размер частиц определяют по формуле с к где С вЂ” емкость системы, изолированный электрод-контролируемый материал1

Ев — диэлектрическая проницаемость вакуума;

Кс — коэффициент пропорциональ ности сà — толщина слоя диэлектрика

Е д — диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

S - площадь пластины электрода.

Источники инФормации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Чернов Б. Чтобы узнать, когда сотрут в порошок.-"Техника и наука", 1976, 7, с. 10.

2. Заявка Великобритании 9 1341841 кл,G О1 й, опублик. 1971.

3. Эме Ф. Диэлектрические измерения. М., "Химия", 1967, с. 155-159 ,. (прототип).

805128

F F(r,д)

9из.! ь..г

Составитель О. Алексеева

Заказ 0869 б4 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4