Фотоседиментометр

Союз Советскик Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 09. 06, 75(21) 2141914/18-25 (51)М. КЛ,С 01 й 15/04 с присоединением заявки Ио -(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 150281.Бюллетень НУ 6 Дата опубликования описания 18. 0281(53) УДК 532, .584(088.8) И.П. Кагаиовский, В.С. Васильев,еЕ.В.фщоваи К,П. Васильев .и.,:,т г, ,Я,Ъ УГосударственный ордена Октябрьской Цеволюций 4 аучцд-./исследовательский и проектный инстит ейКд л койпромышленности "Гиредме(72) Авторы изобретения 71) Заявите 4) ФОТОСЕДИМЕНТОМЕТ Изооретение относится к устройствам для анализа дисперстности по рошкообраэных материалов методом Фотоседиментации.Известен фотоэлектрический седиментометр для автоматической регис рации и записи процесса седиментации,. когда дисперснои средой является легкая жидкость 1.Известен фотоседиментометр, со- о держащий прозрачную кювету с суспенэией исследуемого порошка, фотометрическую систему, включающую осветитель и фотодетектор, механизм подъема фотометрической системы по высо те кюветы, регистрирующий прибор 12Однако известный Фотоседиментометр регистрирует не искомую гранулометрическую кривую, а так называемую фотоседиментограмму, т,е. кривую за висимости светопропускания суспензии от времени оседания частиц. Для получения гранулометрической кривой из фотоседиментограммы необходимо после окончания осаждения провести 2 с ряд дополнительных вычислений и ручных графических построений, что повышает общее время контроля искомой гранулометрической кривой и снижает ее точность, 30 Цель изобретения - автоматизацияпроцесса получения гранулометрической кривой, сокращение времени иповышение точностиее контроля, а также упрощение перестройки фотоседиментометра для сохранения постоянства шкалы гранулометрической кривой при смене дисперсионной среды.Поставленная цель достигается тем, что в Фотоседиментометр, содержащий прозрачную кювету, с исследуемой суспенэией, фотометрическую систему, включающую осветитель и Фотодетектор, механизм подъема Фотометрической системы по высоте кюветы, регистрирующий прибор, дополнительно введены между фотодетектором и регистрирующим прибором последовательно соединенные логаркфмирующий преобразователь и компенсатор нулевого сигнала, а также блок дискретного подъема фотометрической системы, выход которого подключен к двигателю механизма подъема, блок дискретной регистрации выходного сигнала, выход которого подключен к регистрирующему прибору, блок программирования с двумя выходами, один иэ которых подключен Ко входу блока дискретного подъема фотометрической системы, а другой - ко входу блока дискретной регистрации выходного сигнала. Кроме того, блок программирования выполнен в виде последовательно соединенных перестраиваемого по частоте генератора тактовых импульсов, многоразрядного счетчика тактирующих импульсов и дешифратора с двумя выходами.На Фиг. 1 изображена блок-схема10 предлагаемого Фотоседиментометра;на фиг, 2 - упрощенная принципиальная схема реализованного образца щредлагаемого фотоседиментометра,Фотоседиментометр состоит из про эрачной кюветы 1 с суспензией исследуемого порошка, фотометрической системы 2, включающий осветитель 3 и Фотодетектор 4, механизм 5 подъема фотометрической системы, приводи мый в движение двигателем 6. Между фотодетектором 4 и регистрирующим прибором 9 включены последовательно соединенные логарифмирующий функциональный преобразователь 7 и компенсатор нулевого сигнала 8. Блок 10 программирования состоит из последовательно соединенных перестраиваеиого по частоте генератора 11 тактовых импульсов, счетчика 12 тактовых импульсов и дешифратора 13 с двумя выходами. Один выход дешифратора 13 подключен ко входу блока 14 дискретного подъема Фотометрической системы, Яа выход этого блока включен двигатель 6 механизма 5 подъема фотометрической систеьы. Второй выход цешиФратора, 13 псдключен ко входу блока 15 дискретной регистрации вы- ходного сигнала, выход которого подключен к регистрирующему прибору 9. 40 При,использовании аналогового самописца этот выход подключен к двигателю лентопротяжного механизма самописца, а а при использовании цифрового регистратора - к электромагниту цифропеча.- 4ти.В реализованном образце фотоседнментометра генератор 11 тактирующих импульсов выполнен в виДе мультивибратора, частота генерации которогоизменяется потенциометром 16, многоразрядный счетчик 12 тактирующих импульсов - в виде цепочки десятичных пересчеток 17. Дешифратор 13 выполнен по стандартным схемам диодных логических элементов И и ИЛИ, блок 17 дискретного подъема фотометрической системы - в вида триггера с двумя устойчивыми состояниями, один из аркадов которого подключен к первому ввасеау деаифратора 13, а другой - к системе конечных выключателей 18, располагаемых на заданных высотах кюветы 11. В коллекторе одного иэ транзисторов триггера установлено реле 19, контакты которого находят- у ся в цепях пуска двигателя 6 подъема Фотометрической системы. Блок 15 дискретной регистрации выполнен в виде ждущего мультивибратора, вход которого подключен ко второму входу дешифратора 13. В коллекторной цепи выходного транзистора мультивибратора установлено реле 20, контакты которого находятся в цепи пуска двигателя лентопротяжки регистрирующего прибора 9 (или электромагнита.цифропечатки, если регистрирующий прибор цифрового типа). Логарифмирующий функциональный преобразователь 7 выполнен в виде операционного усилителя, в цепях обратной связи которого включен полупроводниковый диод. Компенсатор 8 нулевого сигнала 8 выполнен на потенциометрах 21 и 22.Принцип работы предлагаемого Фотоседиментометра основан на известных предпосылках фотоседиментационного анализа, Весь диапазон размеров частиц от 0 щцдо дсразбивают на конечное число Р фракций д. Согласно закону ЛамбертаФСс - =К К д"=К ;, (1)дгде 1 - интенсивность света, про-,шедшего через чистую дис-персионную среду;1 - интенсивность света, прошедшего через суспензиюпорошка;О; - диаметр -ой фракции порошкаМ - число частиц диаметрЬм д;К - коэффициент пропорциональности;5 - общая поверхность частиц1-фракции.С другой стороны закон оседания частицописывается выражениемК.с 1.4 огде с. - время осаждения частиц диа 1метром д с высоты Н,)К - коэффициент Стокса, отражающий гидродинамические свойства дисперсной среды 1,5 - число высот, на которых производится измерение светового поглощения суспензии.На основании выражений (1) и (2) видно, что если проводить измерения и регистрацкю логарифма фотосигнала в последовательные дискретные моменны времени от начала осаждения на из-. известных фиксированных высотах кю-, веты, то получаемая при этом дискретная кривая будет дискретной интегральной гранулометрической кривой, т.е.з) . н;-бй), .:(,- е 5;)где 1 91 1;Н 805129 значения логарифмафототока, измеряемые в моменты сна высотах Н 11-о)1 Нв х- заи логарифмаФототока, измеренное в момент с = 0 5(т.е. н начальныймомент осаждениясуспензии) и на высоте Н=Н ох51 - сумма поверхностей Очастиц отпервойФракции (с максимаю 1 ьным диаметром д )до 1 Ы фракццнЕ 51 - сумма поверхностейвсего диапазоначастиц от дхдо1 ойдоЕсли путем подбора исходной концентрации порошка в суспензии поддер.жинают величину начального фотосигнала (191 ) неизменной;:а также устанавлинать неизменной величину сигнала ( 1 9 1 р ) у т е е.е величину фотосигнала от чистой дисперсной среды,. тополучаемая интегральная гранулометрическая кривая не нуждается в нор-,мировании для возможности сопоставления дисперсности различных пороЫков. Необходимость осуществления ре-гистрации Фотосигнала на ряде дискретных высот кюветы диктуется необходимостью сокращения общего времени анализа. Количество и конкретноезначение высот, на которых должнаосуществляться регистрация фотосигнала определяются выбором шкалы гранулометричэской кривой (т.е. граничными значениями фракций). Какследует из выражения (2), для получения постоянной шкалы гранулометрической кривой прн использованииразличных днсперсионных сред (т.епри изменяющихся величинах К ) необкбдимо выдерживать постоянство отношений+которое уже не зависит от коэффициента Стокса используемой дисперсион ной среды. Для решения этой задачи функции отсчета времени осаждения в предлагаемом фотоседиментометре разделены между генератором тактид, мкм 1 2 4 8 15 25 35 45 60 8,2 20 20 20 20 20 230 160 57,5 29,4 17,8 10 0460 0320 0115 0060 0036 0020 Н, смс, сек 1 3450 337 1800 0900 0674 3600 Первоначально с помощью потенциометров 21 и 22 компенсатора 8 нуленого сигнала показания регистрирующего прибора 9 при установке кюветы с чистой дисперсионной жидкостью устанавливают на конечном делении шквалы, а затем при установбО Период следования тактовых импульсов, соответствующий величине КС = 30, был выбран 0,5 с (частота 2 Гц)Работа предлагаемого фотоседи- ментометра осуществляется следующим образом. рующих импульсов, т.е. производится по соотношениюсТ; и,где Т - период следования такто-Кных импульсов генератора(ныбирается в занисимости от Кс);и, - число тактовых импульсов,. через которое осуществляется регистрации1-ой ординаты, гранулометрической кривой (выбирается исходя иэ выбранной шкалы гранулометричес-.кой кривой).Объединяя (4) и (5), получаем(3; и,;т.е, шкала гранулометрической криной " в этом случае определяется только настройкой дешифратора 17, а настройка фотоседиментометра при сиене дисперсионной среды заключается только в установке нужной частоты генератора 10 тактовых импульсов с помощью потенциометра 16.Используя.выаеизложеннй принцип, можно путем простого увеличения элементов дешифратора неограничено уве-. личивает число интервалом разбиения искомой гранулометрической кривой. Практически реализованный образец имеет следующие параметры. Диапазон диаметров порошка 1-60 мкм разбивают на носем интервалов (1-2-4-8-15- -25-35-45- 60 мкм). Максимальная высота регистрации Фотосигнала составляла 20 см, минимальная - 1 см, промежуточные значения высот составляли 3 и 82 см. Скорость подъема составляла 20 см/мин. Минимальное значение коэффициента Стокса используемой дисперсионной среды выбиралось таким образом чтобы частицы максимального размера достигали высоты 20 см за время не менее 10 с. Величина К при этом не должна быть меньше 30.В таблице приведена программа работы устройства, включающая моменты регистрации и подъема фотометрической системы, и значения чисел счетчика, при которых производится регистрация и подъем.ке кюветы с полностью перемещенной суспенэией показания прибора усталы путем постепенного увеличения концентрации суспенэии). Таким образом введение компенсатбра улевого сигнала позволяет регистрировать полезный сигнал 5 на полную шкалу регистрирую щего прибора (в известных фотоседиментометрах для регистрации фото- сигнала используется лишь часть шкач лы), что существенно повышает точ О ность регистрации гранулометрической кривой, После перемешивания суспенэии начинают процесс осаждения и включают генератор 11 тактовых импульсов, После достижения на счет чике 12 число 0020 на первом выходе дешифратора 13 появляется импульс, который воздействуя на блок 15 .дискретной регистрации на время 1 с включает лентопротяжный механизм ;щ регистрирующего прибора 9 для прочерчивания короткой ступеньки, которая в данном случае соответствует одной ординате гранулометрической кривой 60, мкм. В случае использования цифрового прибора в этот момент включается электромагнит цифропечати. Аналогично происходит регистрация ординат 45, 35 и 25 мин. При появлении же на счетчика числа 0320 одновременно появляются им- З) пульсы на первом и:втором выходе дешифратора, при этом осуществляется регистрация ординаты 15 мкм и включается блок 14 дискретного подъема фотометрической системы,З 5 переворачивается триггер и реле 19 включает двигатель 6 механизма 15 Подъема, причем подъем продолжается до тех пор, пока механизм не достигнет высоты 8;2 см, на которой уста ц новлен первый путевой выключатель 18. Пр замыкании выключателя подается импульс на другой вход триггера и реле Р и двигатель выключается. Фотометрическая система. остается на этой высоте до тех пор, пока на счетчике не наберется число 0460, после чего происходит регистрация ординаты 8 мкм, и перемещение фото- метрической системы на высоту 3 см и т,д. Скорость перемещения фото- метрической системы сделана достаточно высокой, чтобы успевать переместиться на заданные высоты в отведенные промежутки времени. После регистрации последней ординаты 1 мкм устройство отключается.Формула .изобретенияФотоседиментометр, содержащий прозрачную кювету с исследуемой суспенэией, фотометрическую систему, включающую осветитель и фотодетектор, механизм подъема фотометрической системы по высоте кюветы, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью автоматизации процесса получения гранулометрической кривой, в него введены логарифмирующий функциональный преобразователь с компенсатором нулевого сигнала, включенный между выходом фотодетектора и измерительным входом регистрирующего прибора, блок программирования с двумя выходами, блок дискретной регистрации выходного сигнала, блок дискретного подъема фотометрической системы, причем блок дискретной регистрации выходного сигнала включен между первым выходом блока программирования и пусковым устройством регистрации регистрирующего прибора, а блок дискретного подъема фотометрической системы включен межцу вторым выходом блокапрограммирования и пусковым устройством двигателя механизма подъема.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лебедев Н,М. и др. Заводскаялаборатория 11/972, 38, Р 5, с. 624625.2. Коуэов П.В. Основы анализа дисперсного состава промыдленных пылейи измельченных материалов, "Химия",1974, с. 171-180 (прототип),805129 Составитель В. Вощанкинакто М. КелеМеш Тех Н.Майо ош Ко к Решетник епо делам изобретений и открытий113035 кваква ю. Ра скак к д. 445иал ППП фПатент"Р г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аб. аказ 0869/64 Тираж 918 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР