Способ определения дисперсностичастиц водного аэрозоля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоеетсннхСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ(б 1) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 270978 (21)2667534/18-25 (51) М. КЛ. с присоединеиием заявки Ио -(23) Приоритет 6 01 й 15/02Уа 01 й 15/00 Государственный комитет СССР по делаю изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 30,0581 П.А.Воронин, Ю.П,Восканян, А.П.Романенко И ВИ.Сикачев3:Государственный макеевский ордена Октябрькой Революциинаучно-исследовательский институт по безопасности. работв горной промышленности Министерства угольной промышленностиСССР(54) спосоБ ОпРЕДелкния диспеРСНОСТИ ЧАстицВОДНОГО АЭРОЗОЛЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения дисперсносдичастиц в капельном потоке в различныхотраслях промышленности, например.горной.Известен способ определения дисперсности частиц в капельном потоке путем улавливания частиц в поддон с касторовым маслом ( 11.Однако этот способ сложен в исполь-зовании и не обеспечивает требуемойточности определения.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 15способ определения дисперсности частиц, заключающийся в улавливаниичастиц воды на прозрачную пластину,покрытую слоем гидрофобного вещества, фотографирование в проходящем 20через вещество свете и последующееих измерение по микрофотографиям 21,Недостатками способа являютсясложность исполнения, зависимостьточности определения размеров частиц 25от температуры, воздействующей нагидрофобное вещество среды и незначительный предел измерения,Сложность исполнения заключаетсяв нанесении на пленку слоя гидрофоб- ЗО ного вещества определенной вязкости,обеспечивающей полное погружениеулавливаемых частиц и исключающих ихсоударение с поверхностью пластины.Указанное условие выполняют путемподбора компонентов вещества в зависимости от температуры, воздействующей на вещество среды. При температуре равной 10 ос соотношение минерального масла и вазелина должно быть1:5, а при 20 оС - 1.:2, В шахтныхусловиях в связи со значительнойразностью температур атмосферы ираспыливаемой воды, поступающей кзабоям горных выработок, припаниевеществу необходимой вязкости гредставляет определенную сложность. Еслисостав вещества не соответствуеттемпературе воздействующей на негоседы, то это приведет к стеканиювещества с пластины, или повышениюего вязкости. И в том, и в другомслучае часть капель может расплющиваться при соударении с поверхностьюпластины, т,е. наряду с истиннымибудут фиксироваться и искаженныеразмеры частиц. При этом толщина получаемого слоя, нанесенного на пластину,нагретого до 60 ос гидрофобного вещества, составляет 0,2-0,3 мм. Учитывая, что точное измерение частиц обеспечивается при полном погружении в слое, исключающем контактирование их с пластиной, предел размеров измеряемых частиц этим способом составляет 0,01-0,1 мм, в то время как дисперсность водяных завес, создаваемых в шахтах для предотвращения взрыва .газа или пыли, составляет 0,03-0,25 мм и более.Применение такого способа в шахтах усложняется тем, что применяемое гидрофобное вещество указанного состава является хорошим аккумулятором твердых частиц, которые приводят к коагуляции уловленных частиц и определенной погрешности в измерениях.Цель изобретения - повышение точности и упрощение определения, а также повышение пределоизмерения.Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа определения дисперсности частиц аэрозоля, заключающегося в улавливании частиц на гидрофобную прозрачную подложку с последующим фотографированием подложки и определением размера частиц по микрофотографиям, используют подложку, выполненную из полимерного материала, краевой угол смачивания которого составляет не менее 94, объемное электрическое сопротивление не менее 10 ь ом см и время утечкизаряда - не менее 7000 с, толщиной0,05-0,2 мм, В качестве материалаподложки может быть использован полиэтилен высокого давления низкойплотности,В качестве объекта исследованийиспользуются различные светопроницаемые гидрофобные материалы, в томчисле и пленки, изготовленные наоснове полимеров неопределенных углеф водородов, винильного спирта, галогенопроизводных этилена, полиамидови полиэфиров.Прилипание (адгезию) капель водына полимерных материалах можно 15 объяснить электризацией материалапод воздействием движущейся внешнейсреды, в том числе под действиемпотока распыленной воды. При этоммаксимальные значения электризации щ пленки полимера достигаются приудельном объемном сопротивлении пленки, превышающем 10 ом см. Для проведения исследований подбираются:различные полимерные материалы, втом числе и полимеры, выпускаемыеотечественной промышленностью и имеющие удельное объемное электрическоесопротивление 10 ф - 10 омфсм. Наимеанование материалов и их физическиесвойства приведены в таблице результатов исследования различных материалов.%-1 о о М ч" 1 с Я о ос Ю мосо мЮсо 1 ОЕ оцх цех Ооесю ЮИ Я ъх 3 оЕ сайфхне.ф 1сЮ 1 1 Х А 1 ОХ 1 Н 1 ЦО.ФО 1 оа 1 бо 1 О 1 ИИЙ 1 1 з 9 Х хо он6 Ф 1 б 1 хх 1 х,а 1.ХЕ фа х д ох оа хи ОЪ с Оо о м СЧ о о о о ОЪ О 1 щ ф 1 ОЪ 1 оъ 1 Н 1 З 1 1ю ОЪ 1 Ю 1 Н 1 З 1 о о О ОЪ о ф м о. о оф оо эф Ф-1 озООЪ д 3 ое е 6 аЦ сО ЭФФЭСде ноаоох хе хохонхо-"йоа юххИ 999Х О,Н;Но аннМ Дй 6 а х о х о Ц до 2 И 9 О о д3 1 сЭ ои63 ь М 11 ю1 о11 с НЗГ11 ю1 ОЪ1 о11 З11 1 2 1 б хо он ;9 Э б х д о о о о о о ф ф х х Ф Э х н н Д 01 х ф х 1 Ц оо и д и 1 Ф Фх 9 а о хе НфВ оеао 1 б П 3 1 Ц ад ах м о а с ф щс с %-1 о СЧ ОЪ ф1 с с М1 щОЪм ОЪ О О фх 3 Ц 1 оыНз ХФХ Х ЕХ 1 б а 1 бХХ В хек о охи е И 9 1 о й 1 а аэх ,оо а Ю Ю о с Ю й ф) О о "о сЧ . г 4 1 х х ху оо ха хх о" О ОЭо о Е о 3 В х Ц б о И о х В х о Ц Ц о о х х х Ц Э о а ИИз таблицы видно, что наибольший краевой угол смачивания наблюдается на пленке полиэтилена высокого давления, наименьший - у оконного стекла. При этом капли диаметром до 4,0 мм не скатываются с поверхности полиэтиленовой пленки и сохраняют сферическую форму. Близка к, сфере и форма капель на полистироле, однако краевой угол смачивания не превышает 73 О. Значение краевого угла, как следует из литературных данных, зависит от работы адгезии, т.е. с ростом смачивания адгезионная прочность усиливается. Измеренные значения адгезионной прочности для капель диаметром 0,5 мм путем расчета скольжения (5 капли по пленке различных материалов, представленных в таблице, подтверждают эту закономерность.Другим не менее важным показателем взаимодействия аэрозоля воды с Щ твердой поверхностЬю является свойство поверхности удерживать заряд того или иного знака в течение определенного промежутка времени (время утечки заряда с поверхности). Извест но, что время утечки заряда с поверхности полиэтилена при относительной влажности воздуха 653 превышает 8000 с, в то время как для оконного стекла составляет 4,6 с. Измеренные значения времени утечки зарядов с поверхностей пленок при влажности 100 показывают, что для полиэтилена оно практически не изменяется, в то время как для других материалов значительно уменьшается, Время утечки заряда, в основном, влияет на длительность удержания и угол скатывания капель. Из таблицы видно, что краевой угол и угол скатывания капель уменьшаются с увеличением влажности возду ха практически для всех приведенных в таблице материалов, за исключением полиэтилена. Для полистирола краевой угол при изменении влажности остается постоянным, однако угол скатывания 4 уменьшается. Влияние влажности .на краевой угол можно исключить внесением соответствующей поправки в расчетную формулу определения Диаметра капли Но для определения величины этой поправки необходимо перед улавливанием капель на подложку (пленку) созЫать определенную влажность воздуха, что в шахтных условиях практически невозможно, В то же время уменьшение угла скатывания не позволяет 55 располагать подложку перпендикулярно Фронту потока распыляемой жидкости, что является одним из условий предлагемого способа. Кроме того, определенные материалы, например целофа новая и полиамидная пленки, обладают значительной водопоглощаемостью и размокают при контакте с водой, т.е. неприемлемы для осуществления предлагаемого способа, 65 Выбор пленки из полиэтилена высокого давления низкой плотности для улавливания частиц обусловлен рядом физических свойств; высокой светопроницаемостью, позволяющей фотографировать частицы любого размера в проходящем через пленку потоке светапри толщине, используемой в качествеподложки пленки 0,03-0,2 мм, малойводопоглощаемостью и водопроницаемостью, а также высокой эластичностью,которые обеспечивают сохранение глянцеватости пленки при воздействии нанее влажной среды, высокая степеньэлектризации под действием соприкасающегося с ним потока аэрозоляводы и значительный период времени(более 8000 с) утечки заряда, обеспечивающие удержание капель воды диаметром до 0,5 мм на поверхности под-ложки, устайовленной под углом 90 фк потоку распыляемой жидкости с сохранением их сферической формы нривлажности воздуха более 95. Приэтом, как показали исследования,толщину пленки, используемой в качестве подложки, следует выбиратьв пределах 0,03-0,2 мм. При меньшейтолщине пленка сохраняет свои ФизичеОКие свойства, но деформируетсянод действием влияния температурыи веса. капель воды, что не позволяетосуществить точную их фокусировку,При большей толщине светопроницаемость пленки резко падает и четкостьфотографирования капель диаметром0,01-0,03 мм снижается,П р и м е р. Полоску полиэтиленовой пленки толщиной 0,05-0,2 мм ишириной 35 мм, выполненную из полиэтилена высокого давления низкойплотности, устанавливают в камерефотоаппарата, например "Зоркийф.Установку пОлиэтиленовой пленки производят также, как и обычной Фотопленки. Затем фотоаппарат со снятымобъективом и взведенным затворомустанавливают в зоне действия Факела распыляемой жидкости. Включают распылитель и создают водяную завесу. При установившемся режиме .работы распылителей производят улавливание частиц воды на полиэтиленовую пленку путем контактирования ее с водяной завесой через .отверстие, предназначенное для установки объектива в фотоаппарате. Контактирование осуществляют открытием шторы фотоаппарата при спуске ее затвора. Время контактирования подбирают выдержкой экспонирования. Она должна быть такой, чтобы скорость движения шторы была в полтора-два раза меньше скорости движения аэрозоля воды. Пленку с осевшими на нее каплями извлекают из камеры фотоаппарата и фотографируют в проходящем через пленку свете. Фотографирование осуществляют с помощью Фотоаппарата, например типа "Зенит",834461 10 формула изобретения Составитель Л. АлексееваТехред Н. Келушак Редактор Т. Кузнецова Корректор О. Билак Тираж 907,ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 4056/64 Подписное Филиал ППП "Патент ", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Микрофотографии пленки с каплямиполучают путем удлинения фокусногорасстояния объектива Фотоаппаратаприменением удлинительных колец.Полученные фотографии обрабатывают,т.е. производят измерение за счетчастиц. Для быстрого измерения исчета частиц с одной стороны полиэтиленовой пленки красителем наносятмасштабную сетку. Истинный диаметркапель, осевших на пленку, подсчитывают по эмпирической формуле 1 ОД = 1 к 107Дгде Д - истинный дйаметр частиц воды,ммД - диаметр частицы воды на поливэтилене, мм,Многочисленные экспериментальныеданные показали, что погрешность измерения предлагаемым способом не превышает 1,5-2,0, при этом испарениекапель при 18-20 фС и влажности 95-5520в течение 5 мин составляет не более3-7. Учитывая, что фотографированиечастиц производят в течение 1-2 мини в атмосфере, влажность которойпревышает 90, влияние испарения на дпогрешность измерения сказываетсянезначительно.Предлагаемый способ исключает трудоемкую операцию нанесения на пластину гидрофобного вещества, повышаетточность измерений независимо оттемпературы, воздействующей на гидрофобный материал. Предел определения размеров частиц этим способомповышается от 0 005 до 3,0-3,5 ммт.е, охватывает практически весьдиапазон размеров частиц, получаемыхпри распылении жидкости. Прозрачность пленки, кроме того позволяетФотографировать частицы менее 0,01 мм. Вместе с тем на точность определения размеров частиц предлагаемым способом не оказывает влияние присутствйе в атмосфере аэрозоля твердых частиц, что особенно важно при оценке эффективности предохранительной среды, создаваемой перед производством взрывных работ в выработках шахт, опасных по газу и пыли. 1. Способ определения дисперсности частиц водного аэрозоля, заключающийся в улавливании частиц на гидрофобную прозрачную подложку с последующим фотографированием подложки и определением размера частиц по микрофотографиям,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения, используют подложку, выполненную из полимерного материала, краевой угол смачивания которого составляет не менее 94, объемное электрическое сопротивление не менее 10 ф ом см и время утечки заряда не менее 7000 с, толщиной 0,05-0,2 мм.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве материала подложки используют полиэтилен высокого давления низкой плотности. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 418763, кл. С 01 М 15/00, 1971.2. Зайцев В.А. и др. Приборы для исследования туманов и облаков и измерения влажности. Л., Гидрометеоиздат, 1973, с. 63-68, (прототип).