Способ определения параметров функции распределения частиц по размерам

Способ определения параметров функции распределения частиц по размерам

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим способам контроля микроструктуры веществ в дисперсном состоянии, и может найти применение для контроля параметров дисперсности сред, например, в химической, пищевой промышленности, медицине, при контроле загрязнения окружающей среды. Целью изобретения является повышение верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышение информативности способа за счет дополнительного определения относительной полуширины функции распределения объемного содержания частиц по размерам. Сущность изобретения состоит в том, что среду с исследуемыми частицами зондируют монохроматическим световым пучком. Определяют угловое распределение F(Θ) рассеянного частицами света в переменном телесном угле Δ Ω (Θ) ъ Θ<SP POS="POST">2</SP>, где Θ - угол регистрации рассеянного света. Далее находят угловое положение первого максимума F(Θ<SB POS="POST">M</SB>), определяют поток рассеянного света под углом Θ = 2Θ<SB POS="POST">M</SB> и находят δ F = F(Θ<SB POS="POST">M</SB>)/F(2Θ<SB POS="POST">M</SB>). Величины наиболее вероятного модального радиуса R<SB POS="POST">V</SB> частиц и относительной полуширину δ<SB POS="POST">V</SB> функции распределения объемного распределения частиц по размерам определяют из расчетных соотношений с использованием этих величин. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ)УБЛИК (I9) (fI) (51)5 G 01 N 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4462636/31-25 (22) 18.07.88 (46) 07.03 90. 6«. < 9 (71) Институт физики АН БССР (72) С.Л.Ощепков, Н.М.Макоед и А.П.Пришивалко (53) 66.063.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 711835, кл. G 01 N 21/25, 1979.

Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. М.: Иностр. литература, 1961, с. 130-132. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО PA3"

МЕРАМ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим способам контроля .микроструктуры веществ в дисперсном состоянии, и может найти примененение для контроля параметров дисперсности сред, например, в химической, пищевой промышленности, медицине, при

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим способам контроля микроструктуры веществ в дисперсном состоянии, и может найти применение, например, для контроля параметров дисперсности сред в химической, пищевой промышленности, медицине, при контроле загрязнения окружающей среды и др °

2 контроле загрязнения окружающей среды. Целью изобретения является повышение верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышение информативности способа за счет дополнительного определения относительной полунирины функции распределения объемного содержания частиц по размерам. Сущность изобретения состоит в том, что среду с исследуемыми частицами зондируют монохроматическим све-. товым пучком. Определяют угловое распределение F(8) рассеянного частицами света в переменном телесном угле дя(9) - 9, где О - угол регистрации рассеянного света ° Далее находят угловое положение первого максимума

Р(О„), определяют поток рассеянного света под углом 8. = 29 „, и находят о F = F(Q )/Г(20,„); Величины наиболее вероятного модального радиуса

ry частиц и относительной полуширины 3 функции распределения объемно" го распределения частиц по размерам определяют из расчетных соотношений с использованием этих величин. 2 ил.!

Цель изобретения — повышение верхнего предела полидисперсности анали- . зируемых частиц и повышение информа- тивности способа за счет дополнительного определения относительной полу- и ширины функции распределения объемного содержания частиц по размерам.

На фиг. 1 изображены графики угловой функции S (9) интенсивности света, рассеянного полидисперсной

1548713 (g) = 8 5(9) (2) V(r) r n(r), 3 (3) 50

2hr где по средой; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ определения параметров Функции распределения частиц по размерам, Кривые 1-4 соответствуют средам, характеризуемым относительными полуширинами о „ функции распределения объемного содержания частиц по размерам, которые равны соответственно

0.1; 0,4; 0,8; 2,0.

Устройство, реализующее способ, содержит оптическую кювету 5, гелийнеоновый лазер 6, конденсорную линзу

7, диафрагму 8, коллиматорную линзу

9, ловушку 1О излучения, собирающую линзу 11, первый 12. второй 13 третий 14, четвертый 15 и пятый 16 фотоприемники, первую 17, вторую 18, третью 19; четвертую 20 и пятую 21 полевые диафрагмы, блок 22 сопряжения и ЭВИ 23. . Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно приготовленную суспензию порошка, например, титана бария BaTi 0> вносят в оптическую кювету 5 с плоскопараллельными стенками, заполненную, например, смесью воды с глицерином в равнообъемном отношении. Частицы перемешиваются в дисперсионной жидкости с помощью магнитной мешалки (не показана) и эондируются лучом гелий-неонового лазера 6 с длиной волны h = 0,632 мкм.

Зондирующее излучение направляется на рассеивающую среду с помощью оптической системы, со<:тоящей из конденсорной линзы 7, точечной диафрагмы 8 и коллим торной линзы 9.

Прямопроходящий свет собирается в ловушку 10. Излучение, рассеянное системой частиц, фокусируется собирающей линзой 10 на фотоприемники 1216 через полевые диафрагмы соответственно 17-21., установленные в плоскости рассеяния с учетом преломления на границе вода — воздух. При этом размеры апертур полевых диафрагм

17-21 выбраны таким образом, чтобы выполнялось соотношение гдеgg(g) - телесный угол, в котором фотоп риемник ре ги стри рует пдток рассеянного частицами светоього излучения;

О - угол регистрации рассеянного светового излучения фотоприемником относитель

5 но направления светового зондирования, К„ - коэффициент пропорциональности.

В соответствии с этим соотношени10 ем площади S(e) отверстий полевых диафрагм 17-21 задаются следующим выражением где F - Фокусное расстояние собирающей линзы 11.

20 Сигналы с фотоприемников поступают в блок 22 сопряжения, выполненный, например, в виде усилителей и аналого-цифровых преобразователей. В ЭВй

23 производится обработка сигналов по заданному алгоритму„

Угловая зависимость Г(6) потока рассеянного частицами светового излучения в переменном телесном угле

gg(g) = К g пропорционально угловой

30 функции S (8) интенсивности света, рассеянного полидисперсной средой где 5 (6) - угловая зависимость пока35 зателя рассеяния среды.

Установлено, что угловая функция

Б (g) определяется характером Функции

V(r) распределения объемного содерщ жания частиц по размерам где г — размер частиц, д5 п(г) — функция распределения частиц по размерам.

В случае выполнения дифракционного приближения, справедливо для достаточно больших оптически жестких

11 ll частиц, когда пр> 1 и — — и гп- 1) Э

- длина волны зондирующего светового излучения; показатель преломления дисперсионной среды, 154871 (8) форму ла (1»г)())1 = 1 р 845 аЯ) = К,O

m — - относительный комплексный показатель преломления вещества частиц, угловая зависимость G (8) может быть описана соотношением

G(()) = J» ™ а(»)»)», (4) g Å

? Н 1О где k =,„n

I1,(k r 8) — Функция Бесселя первого по рядка °

Для достаточно узких функций распределения частиц по размерам величина S<(6) будет иметь осциллирующий характер с убывающей пропорционально

9 амплитудой колебаний. При уширении спектра распределения V(r) осцилляции функции S<(g) исчезают, остается 20 только первый основной максимум, по" ложение которого практически не .изменяется (Фиг. 1).

Угловое положение 9„„ этого максимума может быть найдено.из анализа 25 выражений (2) на экстремум. Оно определяется из соотношения

30 где r< — наиболее вероятный модальный . размер частиц.

Как видно иэ хода кривых на Фиг.1, максимально чувствительной характеристикой к степени полидисперсности светорассеивающих частиц является относительное изменение Функции S<(8) при переходе ее значений от первого локального максимума к первому локальному минимуму, что примерно соот- 40 ветствует удвоению угла рассеяния.

Зависимости Il P — () от 3»

S 2 (6))1) где О „ - полуширина Функции распре- деления объемного содержания частиц по размерам, хорошо аппроксимируются нормальной Функцией Гаусса вида

1FRF(1F3») = 1,7exe (-0,78(188»+

+ 1,4) ) (6) M в области 1я 3» ) - 1,4, откуда следует расчетное соотношение, позволяющее вычислить полуширину 8> функции распределения объемного содержания частиц по размерам

183ч= с18 8 +Е

1ф d

1рЫ F

6

Расчетное выражение (S) может быть записано s виде, удобном для вы" числения наиболее вероятного модального размера частиц

2710) )

1g»„= -а18 — -- — аз + Ь где а, Ь, с, d u f - калибровочные коэффициенты. изобретения, Способ определения параметров функции распределения частиц по размерам, включающий зондирование среды с исследуемыми частицами пучком монохроматического светового излучения, измерение угловых характеристик рассеянного частицами светового излучения и определение из этих угловых характеристик наиболее вероятного модального размера частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышения информативности способа за счет дополнительного определения относительной полуширины распределения объемного содержания частиц по размерам, в качестве угловых характеристик рассеянного частицами светового излучения используют угловую зависимость F(6) потока рассеянного частицами светового излучения в переменном телесном угле где К < - коэффициент пропорциональности, 6 - угол регистрации рассеянного светового излучения относительно направления светового зондирования, находят величину первого максимума

F(8 ) этой угловой зависимости, соответствующего минимальному углу 077 регистрации рассеянного светового излучения, определяют величину

F(28 ) рассеянного светового излучения, соответствующего углу регистрации, равному 20),. находят отношение

RF = Г(9„„)/Г(?9щ), при этом значение наиболее вероятного модального радиуса r < частиц и относительной полу" ширины 3 функции распределения объемного содержания частиц по разме" рам определяют из соотношенИй

2ne„no

-+ b

° ч п о калибровочные коэфФициенты.

0 2 4 б 8 10 1г Ф 16 В

Фиг.f

7,ТХ

Составитель P.ÈBàíîB

Техред M.Õoäàíè÷ Корректор M. Кучерявая

Редактор В.Данк о

Заказ 138 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,.ужгород, ул.Гагарина, 101

1И d

1g3 - с1д — + f т 1.g PF

1548713 где

5 а,b,ñ, d f длина волны зондирующего светового излучения; показатель преломления дисперсионной среды;