Способ контроля дисперсной системы

(57) Изоб ной техни контроля персных Цель изо тивности можн ости системы, стае пара дополнит функцию ультраэвуы, Маш. М РСНОИ ения - повьроля,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство ССМ 1245950, кл. 6 01 й 11/16, 197Носов В,А, Проектированиековой измерительной аппаратур1972, с, 14-16, 177-189,. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю физико-химических свойств дисперсных систем с помощью ультразвуковых колебаний.Известны способы контроля дисперсных систем, основанные на изучении и ана- лизе физико-химических параметров, например на определении вязко-пластических свойств системы,К недостаткам указанных способов относится низкая точность контроля, связанная с влиянием на эти свойства многих факторов.Наиболее близким является способ контроля дисперсной системы, при котором в ней возбуждают ультразвуковые колебания, принимают их после прохождения заданного расстояния, измеряют затухание прошедших колебаний и определяют зависимость этого затухания от частоты,Недостатком этого способа является низкая информативность контроля системы, в которой протекают агрегационныепроцессы,ретение относится к измерительке и может быть использовано для физико-химиЧеских свойств диссистем с помощью ультразвука. бретения - повышение информа- контроля путем:обеспечения возопределения ближней агрегации Цель достигается тем, что в каче- метра оценки состояния системы ельно используют производную (аР) 2 ил.,1 табл. Цель иэобрет шение инфор- Л мативности контПоставленная цель достигается за счет того, что при осуществленйй известйого способа контроля путем возбуждения на различных частотах (т) ультразвуковых колебаний, приема колебаний, прошедших чеюаайреэ контролируемую систему, измерения их затухания (а ) и определения зависимости ОЧ этого затухания от частоты, по характеру (л)которой судят о состоянии системы, допол- ф, нительно в качестве параметра оценкй.со- (стояния системы йспольэуютЩЙЖМдйую"(-) от функции (а Л ), за счет чего обеспечивают возможность определения ближней агрегации системы,При этом установлено, что способ по- ф зволяет контролировать характеристики дисперсных систем, содержащих различные обьемные доли дисперсной фазы, включая весьма разбавленные растворы, а также системы, в которых протекают процессы с из-менением устойчивости коллоидных частиц. В системах, характеризуемых процессамиагрегации, отмечается изменение величины поглощения, которая зависит от вида агрегационного процесса. На первом этапе агрегации частицы находятся на весьма далеких расстояниях друг от друга, порядка сотен и тысяч ангстрем. Во многих случаях дальняя агрегация переходит в ближнюю, когда разделяющие частицы расстояния составляют единицы и десятки ангстрем. Агрегэционные процессы сопровождаются изменением ряда показателей, в частности коэффициента поглощения ультразвуковых волн, Определяй для каждой конкретной системы поглощение ультразвуковьх колебаний различной частоты, можно получить важную информацию не только о структуре дисперсной системы; но и о характере агрегационных процессов, т,е, определить с каким видом агрегации (ближней или дальней) имеют дело.На фиг. 1 представлены. графики экспериментальной зависимости поглощения от частоты; на фиг, 2 - схема электрической части установки для осуществления способа,П р и м е р 1, Стеклянную ячейку объемом 50 мл заполняют раствором каолина с концентрацией 0,5 г/л, добавляют 1 мл 3,7%-ного раствора хлорида калия, при этом концентрация хлорида калия составляет 1 10 моль/л. Помещают ячейку в ультратермостат, вносят в нее две пьезокерамические пластины из титаната бария. Соединяют пластины с электрйческой схемой возбуждения и регистрации колебаний, закрывают ячейку крышкой с . двумя штуцерами входа и выхОда, через которые пропускают от баллона газообразный азот, создавая над жидкостью газовую подушку. Возбуждают в одной из пластин периодические колебания ультразвуковой частоты с продолжительностью периода 9 с,регистрируют величину поглощения ультразвуковых волн для разных частот, изменяя частоту последовательно от 5 до 100 МГц с шагом 5 МГц. Строят график экспериментальной зависимости коэффициента поглощения от частоты (фиг.1, кривая 1), на котором определяют частоту релаксации, а также фиксируют частотный диапазон, в котором производная зависимости (а /1 ) от 1, где а - коэффициент поглощения, 1 - частота, изменяет знак. На указанной кривой такое изменение отмечено стрелкой, По наличию такого изменения устанавливают характер агрегации. Как видно из рисунка, с повышением частоты ультразвуковых волн : наблюдается некоторое снижение величины поглощения, что является следствием15 20 25 кривой 1 уже в области частот 45-50 МГц величина поглощения начинает изменяться 30 определенного количества неагрегированных частиц.35 Аналогичную процедуру повторяют для раствора каолина с концентрацией 0,5 г/лз при содержании хлорида калия 510 40 45 5 10 50 55 процессов структурообразования коллоидных систем, При этом слабая зависимость поглощения от частоты является доказательством наличия в контролируемой системе медленной агрегации, при которой между частицами дисперсной фазы сохраняются толстые прослойки молекул дисперсионной среды. При частоте 30 МГц отмечается существенное изменение зависимости поглощения от частоты, связанное с достижением специфической частоты релаксацйи, являющейся внутренним параметром состояния системы, Полученная частота релаксации характеризует, в частности, наличие в системе, одновременно с дальней агрегацией - ближней, когда взаимодействующие частицы локализуются на минимальных расстояниях друг относительно друга. Подобный вид агрегации называют также коагуляцией в ближней потенциальной яме или необратимой коагуляцией, Важным обстоятельством в предлагаемом способе является также узкий диапазон, релаксационных частот. Так, на с ростом частоты медленнее, что может служить подтверждением наличия двух видов агрегации, Дальнейшее медленное снижение поглощения объясняется динамическим характером агрегэции, т.е. наличием в дисперсной системе не только агрегатов, но и моль/л, Экспериментальная зависимость коэффициента поглощения от частоты приведена на фиг.1, кривая 2. Как видно из этой зависимости, для более высокой концентрации соли частота релаксации смещена в меньшую область. Таким. образом, существование агрегации в ближнем минимуме для такой системы обнаруживается в более длинноволновой области, На кривой 2 изменение знака производной, также отмечено стрелкой.Аналогичную процедуру повторяют для раствора каолина с концентрацией 0,5 г/л при содержании хлорида калия 2,510 моль/л. Экспериментальная зависимость коэффициента поглощения от частоты приведена на фиг,1, кривая 3. Частота релаксации для этого случая еще в большей степени смещена в меньшую область, Следует отметить, что для всех трех зависимостей, различающихся концентрацией соли - хлорида калия - при одинаковом содержании дисперсной фазы - каолина, характер зависимости коэффициента поглощения от частоты одинаков, со смещением релаксационных частот в меньшую область,Установка для осуществления способаработает следующим образом. 5Задающий генератор 5 выдает два импульса; остроконечный для запуска развертки осциллографа 10 и прямоугольный дляформирования импульса генератором 2. Вакустической системе этот импульс преобразовывается в ультразвуковые колебания,используемые для облучения контролируемой системы, После прохождения контролируемого раствора ультразвуковыеколебания преобразовываются приемным 15устройством 7 и преобразователем 8, послечего усиливаются усилителем 9 и поступаютна осциллограф 10,Рассмотренный пример осуществленияспособа показывает его высокую информативность при изучении дисперсных систем,особенно тех, в которых происходят процессы агрегации, Он позволяет составить детальное представление о характерекоагуляции, в частности о наличии дальней 25агрегации или двух видов агрегации. В приведенном примере отмечена высокая точность контроля, Относительная ошибкаизмерения частоты релаксации, а значит исамо-о способа, составляет 2,3. 30Другие примеры осуществления способа, показывающие оптимальность параметров процесса контроля, представлены втаблице,При этом для исследования брали те же 35растворы и соблюдали последовательностьопераций, что и в примере 1,Как видно из таблицы, наибольшая точность (наименьшая относительная ошибка)контроля отмечается в той области, где проводили работу по данному способу. Уменьшение шага изменения частоты ниже 5 МГцпочти не сказывается на точности контроля,Повышение шага до 6 МГц сильно (почти в3 раза) снижает точность контроля, что говорит о необходимости задания шага изменения частоты не более 5 МГц,Сравнение настоящего изобретенияпроводили с известным способом контролядисперсных систем, 50 При сравнении брали контролируемый раствор каолина с концентрацией 0,5 г(л и различным содиржанием хлорида калия:10 ; и 2 10 2 моль/л . Заполняли раствором стеклянную ячейку, вносили в нее две пьезокерамические пластины иэ титаната бария, Соединяли пластины с электрической схемой возбуждения и регистрации колебаний и закрывали ячейку крышкой. Возбуждали в одной из пластин импульсные ультразвуковые колебания различных частот от 100 кГц до 100 МГц и регистрировали величину поглощения ультразвуковых волн для разных частот при прохождении известного расстояния между пластинами. Выражали полученную экспериментальную зависимость по формуле - = А/1+.( - Й+ В.а,2 6 Расчет по указанной формуле для трех различных концентраций соли - хлорида калия показывает, что коэффициент поглощения растет с увеличением частоты, причем во всех трех случаях зависимость непрерывная, монотонная, На основании таких экспериментальных результатов не удается составить представление о характере и виде происходящих в системе агрегационных процессов.Сопоставление данного способа и известного способа позволяет заключить, что в первом случае контроль дисперсных систем является более информативным и дает воэможность определять характер агрегации коллоидных частиц, что свидетельствует о его большей эффективности,Формула изобретения Способ контроля дисперсной системы, заключающийся в том, что возбуждают на различных частотахультразвуковые колебания, принимают колебания, прошедшие через контролируемую систему, измеряют их затухание а и определяют зависимость затухания от частоты, по характеру которой судят о состоянии системы, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения информативности контроля путем обеспечения воэможности определения ближней агрегации системы, в качестве параметра оценки состояния системы дополнительно используют производную от функции а /Р.Корректор И.Муска оизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул;Гагарина, 1 Заказ 2765 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитетапо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5