Устройство для гранулометрического анализа микрочастиц

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)879430 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 061179 (21) 2837285/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 0711.81 Бюллетень Н9 41 (53)M. Кл3

G 01 и 27/02//

01 Ч 15/00

Гоударственный комитет

СССР по дел ам изобретен н и н открытн и (53) УДК 539.215 (088.8) Дата опубликования описания 071131 (72) Авторы изобретения

В.Я. Свинцов, И.Л. Аксельрод и A.Н. Верещагин

Московский технологический институт мясной и молочной промышленности (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА МИКРОЧАСТИЦ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для определения грану5 лометрического состава микрочастиц загрязнений в нефтепродуктах, а такв других областях техники, где требуется определять гранулометрический состав механических частиц.

Известно устройство с кондуктометрическим датчиком, используемое для определения количества и размеров частиц по величине амплитуды импульсов напряжения, возникающих вследствие изменения электрического сопротивления измерительного канала при прохождении через него анализируемой суспенэии или эмульсии (1).

Такое устройство содержит сосуд с двумя электродами, между которыми расположена перегородка с отверстием, систему прокачки через это отверстие анализируемого вещества и измерительный блок, состоящий иэ усилителя„ дискриминатора и счетчика импульсов. Однако такое устройство не позволяет определять гранулометрический состав частиц, неоднородных по своим электрофизическим свойствам ввиду того, что величина ам- ЗО плитуды импульса напряжения сигнала зависит как от электрофиэических (злектропроводности ), так и от геометрических параметров частиц.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст. ройство для гранулометрического анализа микрочастиц, содержащее емкостной датчик, электроды которого расположены с внешней стороны капиллярного канала,по которому проходит анализируемое вещество, соединенный с емкостным датчиком усилитель импульсов напряжения и амплитудный анализатор. Прохождение частиц вещества через емкостной датчик вызывает изменение его емкости, пропорциональное объему частицы, что приводит к появлению импульса в измерительном блоке. С помощью амплитудного анализатора регистрируется функция распределения импульсов по амплитудам, что позволяет определить гранулометрический состав микрочастиц.

Однако известное устройство позволяет определить гранулометрический состав только однородных по своему электрофизическому свойству частиц, В случае гранулометрического анали1

879430 за многокомпонентного вещества, когда необходимо определить гранулометрический состав микрочастиц отдельных компонентов, отличающихся по своим электрофизическим свойствам, данное устройство не может быть применено.

Это объясняется тем, что величина амплитуды импульса сигнала зависит как от электрофизических свойств частицы, так и от ее размера. В случае гранулометрического анализа разнородных микрочастиц, например, диэлектриков и проводников, величина амплитуды импульса сигнала от проводящих частиц малого диаметра может быть соизмеримой или превышать амплитуду импульса сигнала от диэлектри-, f5 ческих частиц большого диаметра, что объясняется большими значениями электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) частиц проводника. 2О

Вместе с тем нередки задачи одновременного определения гранулометрических характеристик нескольких классов частиц, содержащихся в веществе, как например, определение гранулометрического состава металлических частиц, являющихся продуктами коррозионного износа оборудования, частиц механических загрязнений, таких как песок, являющихся диэлектриками, а также воды, которые попадают в нефтепродукты в процессе их переработки и транспортировки. Проведение такого рода анализа обусловлено необходимостью соблюдения норм, в соответствие с ГОСТами, на содержание этих частиц в нефтепродуктах для обеспечения безопасной работы двигателей, использующих данные нефтепродукты н качестве топлива и смазочных масел. 4О

Целью настоящего изобретения яв- ляется осуществление гранулометри-. ческого анализа неодинаковых по своим электрофизическим свойствам микрочастиц, входящих в состав многокомпонентного вещества, и расширение таким образом, области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гранулометри- () ческого состава микрочастиц, дополнительно введены схема идентификации частиц, дискриминатор и схема И, причем выход усилителя импульсов напряжения соединен со входом схемы идентификации частиц, первый выход которой подключен к одному из нходов схемы И, к .другому входу которой, через дискриминатор, подключен второй выход схемы идентификации частиц, „ при этом выход схемы И подсоединен 60 ко входу амплитудного анализатора.

Общий вид устройства представлен на чертеже.

Устройство содержит стабилизированный источник постоянного напряже- Я ния 1, емкостной датчик 2, электроды

3 которого расположены с внешней стороны капиллярного канала 4, при этом один из них соединен с землей, а другой, через высокоомное coIIpG тивление 5 подклеен к источнику 1, усилитель импульсов напряжения б, схему И 7, дискриминатор 8, схему идентификации частиц по электрофизическим свойствам, включающую формирователи прямоугольных импульсов 9 и

10, логарифмические усилители 11 и

12, линейный усилитель 13, сумматор

14, функциональный преобразователь

15, и многоканальный амплитудный анализатор 16.

Устройство работает следующим об" разом.

При прохождении частицы через емкостной датчик 2 вследствие изменения его емкости на высокоомном сопротивлении 5 возникает импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна диаметру d частицы в третьей степени и некоторой функции Г (Я) диэлектрической проницаемости материала частицы:

u e(e) d (1)

Длительность импульса от емкостного датчика при прохождении через него частицы определяется только диаметром: т =ad (z)

Форма частиц для обеспечения достоверности разделения их по группам различной природы должна быть близка к сферической, а скорость движения всех частиц — одинаковой.

Протяженность рабочего чувствительного участка канала емкостного датчика должна быть на 10-15% больше диаметра наибольших из измеряемых частиц с целью обеспечения пропорциональности амплитуды импульса напряжения третьей степени диаметра частицы. В таком случае длительность импульса определяется суммой длины рабочей части канала датчика и диаметра частицы, поскольку емкость датчика изменяется с момента соприкосновения передней поверхности частицы с рабочим участком канала датчика, и принимает значение, соответствующее отсутствию частицы в датчике, в момент отхода задней поверхности частицы от рабочего участка канала датчика. Поскольку скорость движения всех частиц одинакова, то часть длительности импульса, соответствующая протяженности рабочей части канала датчика, одинакова для нсех импульсон, и может быть вычтена при формировании импульса с амплитудой, пропорциональной 2 . Концентрация частиц B исследуемой взвеси должна быть такона, чтобы исключить воэможность одновременного попадания двух частиц s рабочую

879430

35

60

65 часть канала датчика. Диаметр канала датчика должен в 1,5-2 раза превышать наибольший диаметр исследуемых частиц, чтобы исключить засорение канала датчика.

Полученный импульс амплитудой

0 и длительностью 7, усиливается лййеЪным широкополюсным усилителем

6 и поступает на входные блоки 9 и 10 схемы идентификации частиц.

Последняя представляет собой аналоговое вычислительное устройство, выходной сигнал которого пропорционален отношению амплитуды U < входного сигнала к его длительности ь- н третьей степени. Отношение U y/7,, как вытекает из формул (1) и (2), не зависит от диаметра частицы и определяется лишь ее диэлектрическими свойствами. Следовательно, по величине сигнала, пропорционального этому отношению, можно идентифицировать частицы одной физической природы.

Генерирование сигнала, пропорционального отношениюЦ п осуществляется в схеме идентификации следующим образом.

Формирователи 9 и 10, являющиеся входными блоками схемы идентификации, вырабатывают прямоугольные импульсы одинаковой длительности, амплитуды которых определяются параметрами U1„ „и Г входного сигнала.

Именно: амплитуда импульса с формирователя 10 пропорциональна амплитуде Опцс0 входного сигнала, а амплитуда импульса с формирователя 9 длительности Г входного сигнала.

Затем логарифмические усилители 11 и 12 осуществляют операцию логарифмирования, т.е. вырабатывают импульсы, пропорциональные Рп0 „ и Сп2,.

После умножения на 3 сигнала, пропорционального (,"и Г, линейным усилителем 13 в сумматоре 14 осуществляется операция вычитания величин (InU g<) и (3 Kn 6) и сигнал, пропорциональный разности (бп0 g 36п Г) подается на вход функционального преобразователя 15. Последний осуществляет операцию потенциирования, в результате чего возникает сигнал, амплитуда которого пропорциональна искомому отношению.

Сигнал с выхода схемы идентифицирования подается далее на вход амплитудного дискриминатора 8 с независимой регулировкой верхнего и нижнего порогов, который осуществляет выделение импульсов, принадлежащих частицам с одними электрофизическими свойствами. Эти сигналы используются в дальнейшем для управления схемой И 7, у которой сохраняется линейная зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала, поступающего с формирователя 9. Так как входные сигналы, поступающие на схему 7,пропорциональны диаметру частиц, проходящих через датчик 2, а управляющие сигналы, разрешающие появление выходного импульса, вызываются частицами, имеющими одни и те же электрофиэические свойства, схема И 7 осуществляет иэбирательно грануломртрический анализ частиц, принадлежащих одной (по желанию выбранной) компоненте смеси.

Функцию распределения частиц этой компоненты по диаметрам можно зарегистрировать с помощью серийного многоканального амплитудного анализатора 16, если его вход соединить с выходом схемы логического умножения 7.

Использование предлагаемого устройства для гранулометрического анализа микрочастиц позволяет в отличие от известных, проводить гранулометрический анализ частиц механических загрязнений различной природы в нефтепродуктах, используемых.в качестве смазочных масел и топлив в различных двигателях и энергетических установках, что обеспечит контроль эа соблюдением норм на содержание механических примесей в жидких нефтепродуктах н соответстнии с ГОСТами,, безопасную и безаварийную работу силовых и энергетических установок, выявление природы механических загрязнений и причин их появления, устранение причин и нормальную эксплуатацию систем хранения и транспортировки жидких нефтепродуктов.

Формула изобретения

1. Устройство для гранулометрического анализа состава микрочастиц, содержащее емкостной датчик, электроды которого расположены с внешней стороны капиллярного канала, по которому проходит анализируемое вещество, соединенный с емкостным датчиком усилитель импульсов напряжения и амплитудный анализатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью гранулометрического анализа неоднородных по электрофиэическому составу частиц, в него дополнительно введены схема идентификации частиц, дискриминатор и схема И, причем выход усилителя импульсов напряжения соединен со входом схемы идентификации частиц, первый выход которой подключен к одному из нходон схемы И, к другому входу которой, через дискриминатор, подключен второй выход схемы идентификации частиц, при этом выход схемы И подсоединен Ко входу амплитудного анализа" тора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что схема идентификацин частиц содержит два формирователя прямоугольных импульсов, 879430

Составитель В. Алексеев

Редактор Н. Коляда Техред A.À÷ КоРРектоР С, Щекмар

Заказ 9708/12 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4..а логарифмических усилителя, линейный усилитель, сумматор и функциональный преобразователь, причем входом схемы идентификации частиц являются соединенные между собой входы формирователей прямоугольных импульсов, выход одного из которых через один иэ логарифмических усилителей подключен к первому входу сумматора, а выход второго подключен к первому выходу схемы идентификации частиц и входу другого логарифмического усилителя, выход которого через линейный усилитель, соединен со вторым входом сумматора, при этом выход сумматора через функциональный преобразователь соединен со вторым выходом схемы идентификации частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кодаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков, М., Стройиздат, 1968, с. 177.

2. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная беээлектродная кондуктометрия, М., "Энергия", 1968, с. 67-ВЪ (прототип).