Устройство для гранулометрического анализа микрочастиц

Союз Советских Свианистичесних Республик(51)М, Кл.з С 01 й 27/02// С 01 Ч 15/00 Гжударственный комитет СССР по делам изобретеннй н открытийДата опубликования описания 071181(72 Авторы изобретения В.Я. Свинцов, И.Л. Аксельрод и А.Н. Верещагин Московский технологический институт мясной и молочной промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МИКРОЧАСТИЦИзобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. эовано в нефтеперерабатывающей промышленности для определения грану 5 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 11. Такое устройство содержит сосуд с двумя электродами, между которыми 2 О 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 капилляр- ного 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 приво. дит 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 анали 1за многокомпонентного вещества, когда необходимо определить гранулометрический состав микрочастиц отдельныхкомпонентов, отличающихся по своимэлектрофизическим свойствам, данноеустройство не может быть применено,Это объясняется тем, что величинаамплитуды импульса сигнала зависиткак от электрофизических свойствчастицы, так и от ее размера, В случае гранулометрического анализа разнородных микрочастиц, например, диэлектриков и проводников, величинаамплитуды импульса сигнала от проводящих частиц малого диаметра можетбыть соизмеримой или превышать амплитуду импульса сигнала от диэлектри- , 15ческих частиц большого диаметра,что объясняется большими значениямиэлектрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) частицпроводника. 2 ОВместе с тем нередки задачи одновременного определения гранулометрических характеристик нескольких классовчастиц, содержащихся в веществе, какнапример, определение гранулометрического состава металлических частиц, являющихся продуктами коррозионного износа оборудования, частицмеханических загрязнений, таких какпесок, являющихся диэлектриками, атакже воды, которые попадают в нефтепродукты в процессе их переработки и транспортировки. Проведениетакого рода анализа обусловлено необходимостью соблюдения норм, в соответствие с ГОСТами, на содержание З 5этих частиц в нефтепродуктах дляобеспечения безопасной работы двигателей, использующих данные нефтепродукты в качестве топлива и смазочныхмасел, 4 ОЦелью настоящего изобретения яв-ляется осуществление гранулометрического анализа неодинаковых по своим электрофизическим свойствам микрочастиц, входящих в состав многокомпонентного вещества, и расширениетаким образом, области примененияустройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для гранулометри- рческого состава микроЧастиц, дополнительно введены схема идентификации частиц, дискриминатор и схема И,причем выход усилителя импульсовнапряжения соединен со входом схемыидентификации частиц, первый выходкоторой подключен к одному из входов схемы И, к другому входу которой,через дискриминатор, подключен второй выход схемы идентификации частиц,при этом выход схемы И подсоединен 6 Око входу амплитудного анализатора.Общий вид устройства представленна чертеже.Устройство содержит стабилизированный источник постоянного напряже 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 сопротивление 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 сопро. тивлении 5 возникает импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна диаметру д частицы в третьей степени и некоторой функции Г (Е) диэлектрической проницаемости материала частицы:0 =(1)Длительность импульса от емкостного датчика при прохождении через него частицы определяется только диаметром:т =Кс 1 (2)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 всех импульсов, и может быть вычтена при формировании импульса с амплитудой, пропорциональной 2. Концентрация частиц в исследуемой взвеси должна быть такова, чтобы исключить воэможность одновременного попадания двух частиц в рабочую5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 О и длительностью 2; 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 О, входного сигнала к его длительности ь н третьей степени. Отношение ОвъйЗ 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 отношению осуществляется в схеме идентификации следующим образом.Формирователи 9 и 10, являющиеся входными блоками схемы идентификации, вырабатывают прямоугольные импульсы одинаковой длительности, амплитуды которых определяются параметрами О 1 и Г входного сигнала. Именно: амплитуда импульса с формирователя 10 пропорциональна амплитуде Опц входного сигнала, а амплитуда импульса с формирователя 9 длительности Г входного сигнала. Затем логарифмические усилители 11 и 12 осуществляют операцию логарифмирования, те. вырабатывают импульсы, пропорциональные РпО и Сп 2; После умножения на 3 сигнала, пропорционального пГ, линейным усилителем 13 в сумматоре 14 осуществляется операция вычитания величин (ЗпОд,д) и (3 п 6) и сигнал, пропорциональный разности ( бпО пд пГ) 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 избирательно грануломатрический 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 качест. ве 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 авалиэатор, 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 час" тиц, 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 форми" рователя прямоугольных импульсов,Заказ 9708/12 Тираж 910 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 а логарифмических усилителя, линейный усилитель, сумматор и функциональный преобразователь, причемвходом схемы идентификации частицявляются соединенные между собойвходы Формирователей прямоугольныхимпульсов, выход одного из которыхчерез один иэ логарифмических усилителей подключен к первому входусумматора, а выход второго подключенк первому выходу схемы идентифика"ции частиц и входу другого логарифмического усилителя, выход которогочерез линейный усилитель, соединен со вторым входом сумматора, приэтом выход сумматора через Функци"ональный преобразователь соединенсо вторым выходом схемы идентификации частиц,5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кодаков Г.С. Основные методыдисперсионного анализа порошков,М., Стройиздат, 1968, с. 177.2. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная беэзлектродная кондуктометрия, М "Энергия", 1968,с. 67-ВЪ (прототип).