Способ контроля степени дисперсностиизмельченных токопроводящихматериалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ Союз Соввтскик Социалистических Республик(5)М. Кл. С 01 й 15/02 с присоединением заявки Н 9 -Государстаеинмй комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 150281 Бюллетень ФВ 6 Дата опубликования описания 17. 02. 81(72) Авторы изобретения Запорожский филиал Всесоюзного и конструкторского институт ского(71) Заявитель 54) СПОСОБ КОНТРОЛЯСТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОС ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ТОКОПРОВОДЯЩИХ,МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к исследованию физических свойств, а именно к способам гранулометрического анализа токопроводящих дисперсных материалов и может быть использовано для измерения среднего диаметра углегрчфитовых дисперсных материалов, например для определениястепени измельчения прокаленной углеграфи. товой шихты в электродном производ стве.Известен способ определения степени дисперсности измельченных материалов, 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 порощкообразный твердый материал транспортируется в потоке воздуха 30 2по трубопроводу между электродами, емкостное сопротивление которых изменяется 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 11 , наличия устройства точного дозирования материала и устройства для создания смеси конт-. ролируемый материал-воздух 2 1.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 осаждениячастиц, пропорциональной нх размеру,изменяется концентрация материаламежду электродами, а следовательно,диэлектрическая проницаемость смеси,По скорости изменения диэлектрической проницаемости судят о дисперсности материала 3.Однако при помощи этого метода,можно оценивать дисперсность порошкообразных материалов только в пределах размеров частиц от 100 до 0,05 мк, 1причем для порошков тяжелых веществверхняя 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 определитьдисперсный состав только гомогенногопо химическому составу материала. Если же контролируемый материал представляет собой смесь частиц различных веществ, то в связи с их различным удельным весом не удается по ско"рости оседания под действием силытяжести определить размеры.На точность измерений этим способом влияет температура окружающейсреды. Плотность и вязкость жидкостей с изменением температуры меняются, это сказывается на значениистоксовской постоянной - меняются р)скорости осаждения частиц.Этот способ также нельзя использовать для автоматического непрерывного контроля в технологическомпотоке, так как он по сути являетсядискретным (необходимо определенноевремя, чтобы частицы осели),Цель изобретения - расширение диапазона измерения и обеспечение воэможности контроля гетерогенных похимическому составу материалов. 40Цель достигается тем, что в известном способе контроля степени дисперсности измельченных токопроводящих материалов путем измерения электрической емкости создают на поверхности изолированного электродасплошной слой контролируемого материала высотой, значительно (например на порядок) превяаающий среднийразмер частиц, а емкость измеряют рмежду изолированным электродом и контролируемык материалом. Причемсплошной слой контролируемого материала на поверхности изолированногоэлектрода получают путем созданияпроходящего по этой поверхностинерперывности потока материала, аизмеряемые значения емкости интегрируют эа определенный промежуток времени.Так как величина емкости в дан- еоном случае зависит только от степенишероховатости второго электрода(сплошного слоя контролируемого токопроводящего материала), которая является функцией только размера частицЯ+ 2р Е емкость системы, изолированный электрод-контролируемый материал; диэлектрическая проницаемость вакуума;средний радиус частиц контролируемого материала; коэффициент пропорциональ- ноститолщина слоя диэлектрика; где Е Р Кр д г и 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 формуле805128 Е. - диэлектрическая проницаемость диэлектрика5 - площадь пластины.На фиг. 1 а изображена принципиаленная схема устройства, реализующегопредлагаемый способ; на фиг. 1 б -2 а и 2 б дан вывод зависимости измеряемой емкости от среднего размерачастиц при данном способе измерения.На металлической пластине 1 (Фиг.1 а) с диэлектрическим покрытием .2, служащий электродом, создав спло- гОшной слой контролируемого материалаЭ в , углеграфитовой шнхты со среднимдиаметром 1-10 мм и высотой 10-100 мм(слой получен, например, путем создания проходящего по этому электроду 1 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 контролируемого материалаВ качестве измерительной схемы может быть выбрана любая схема измерителя величины влек трической емкости, включающая интегрирующее устройство,Если выделить бесконечно малый объем аЧ (фиг. 1 а), ограниченный 30 сверху поверхностью Г (х, у) проекция М этой поверхности на плоскость ХОУ показана на фиг. 1 б, то в пределах этого объема можно считать Г (х, у) Г (х,1, у сопвй. 35Рассмотрим электрическую емкость ЬС указанного объема ЬЧ, которую можно представить как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов с площадью ь 5, У которых 4 р между электродным чзолятором служит соответственно диэлектрик с тоящиной , д и воздушное пространство между верхней поверхностью диэлектрика и поверхностью Г (х, у), высотой 6,гьс аСЬ45 где АЯХ РГ(Х ЧИЧо о . (2)5 т.е.(6) С=,(7)ьэкв 2Найдем теперь зависимость условного воздушного промежутка ОЬотсреднего размера р частиц материала.Для реальных частиц измельченныхматериалов точное математическоевыражение поверхности ХщГ(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 дЬ ве 1(о) где Р - ОРедний размер частиц.предпОложиму чтО частицы мОИОдис персного материала имеют шарообразную Форму и расположены на поверхности слоя диэлектрика (фиг. 2 а). . Рассмотрим зависимость г 1 Ь в 1 (р) на модели конденсатора, образованного поверхностью нижней половины шара радиусомн его проекцией иа плоскость ХОУ (фиг. 2 б).Используя сферические координаты и введя обозчаченияк 9 згп Э совБ П ф 51 П 9;щ 9 сов 9 1г 15 а 9 ь 1 п 9 д 9 дд г фф 5+ 1 (1+сов 9) аС +дС(1) где С,о - емкость частк объема г 1 гЧ, занятой воздушным пространством; 0 ,ьС - емкость части объема аЧ,занятой диэлектриком,Учитывая, что исследуемый мате" риал 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- тельнья соединением двух кондеиса торов с площадью пластин 5 у которых междуэлектродным изолятором служит диэлектрик с толщиной. д и воздушное пространство высотой д(3)г ьгде С и Сь - емкости рассматриваемых 1 астей системы, занятых соответственно диэлектриком и воздушным пространством, которые определяются по приведенным ниже формулам 9 дг где Е - диэлектрическая проницае-мость слоя диэлектрика Е - диэлектрическая проницаемость вакуума, Сь= ИО 5, (5)Ь зкв где Ео - диэлектрическая проницае-.мость воздуха.7 аким Образом, подставив в выражение (3) значения Сд и СЬ из выражений (4) и (5) полубм,со 5ЬЭ 1 Е ЕгВ Формуле (6) от грансостава исследуемого материала зависит только величина дЬ , поэтому, введя обозначения Е 5=К и= К 2, можно записать:Состави Тех ед Н Редактор М. Петров илиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная каз 0869 б 4 ВНИИПИ Государс по делам из 113035 Москва