Фотоседиментометр

Фотоседиментометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 09 ° 06 ° 75(21) 2141914/18-25 (51)М КЛ.

G N 15/04 с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150281,.Бюллетень Н9 б

Дата опубликования описания 18. 02. 81 (53) УДК 532. .584(088 ° 8) И.П. Кагаиовский, В.С. Васильев,i Е.В . gqgoaa и К.П. Васильев (, ., (I т .)). ! - -" Я), Ъ Ул

Государственный ордена Октябрьской революций*4аучнд-. / исследовательский и проектный инсти т еМд л кой промышленности "Гиредме (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ФОТОСЕДИМЕНТОМЕТР

Изобретение 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, содержащий прозрачную кювету с суспенэией исследуемого порошка, фотометрическую cYGTBMj включающую осветитель и фотодетектор, механизм подъе= ма фотометрической системы по высо- 15 те кюветы, регистрирующий прибор (2.).

Однако известный фотоседиментометр регистрирует не искомую гранулометрическую кривую, а так называемую фотоседиментограмму, т.е. кривую за- 20 висимости светопропускания суспензии от времени оседания частиц. Для получения гранулометрической кривой из фотоседиментограммы необходимо после окончания осаждения провести ряд дополнительных вычислений и ручных графических построений, что повышает общее время контроля искомой гранулометрической кривой и снижает ее точность. 30

Цель изобретения — автоматизация процесса получения гранулометрической кривой, сокращение времени и повышение точности ее 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 ko входу блока дискрет805129 ного 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-схема

10 предлагаемого фотоседиментометра; на фиг. 2 — упрощенная принципиальная схема реализованного образца предлагаемого фотоседиментометра.

Фотоседиментометр состоит из прозрачной кюветы 1 с суспензией исследуемого порошка, фотометрической системы 2, включающий осветитель 3 и фотодетектор 4, механизм 5 подъема фотометрической системы, приводи- 20 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 систаиы. На выход этого блока включен двигатель 6 механизма 5 подъема фотометрической систелы. Второй выход дешиФратора, 13 псдключен ко входу блока 15 дискретной регистрации выходного 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.- 45 т.и.

В реализованном образце фотоседнментометра генератор 11 тактирующих импульсов выполнен в виДе мультивибратора, частота генерации которого © изменяется 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

27 дискретного подъема фотометрической систелы - в вида триггера с двумя устойчивыми состояниями, один из аркадов которого подключен к первому выведу дешифратора 13, а другой — 0 к системе конечных выключателей 18, расколагаемых на заданных высотах кюветы 11. В коллекторе одного иэ транзисторов триггера установлено реле 19, контакты которого находят- $5 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 4щц„до 4 разбивают на конечное число P фракций 4„. Согласно закону Ламберта

Ф

P — =К Р К.а -=К ;, (1)

171 где 1 — интенсивность света, про-, шедшего через чистую дис- персионную среду; с

I - интенсивность света, прошедшего через суспензию порошка;

d; — диаметр i-ой фракции порошка

М„ — число частиц диамет)„(ом 4„-;

К вЂ” коэффициент пропорциональности;

S — общая поверхность частиц

1-фракции.

С другой стороны закон оседания частиц описывается выражением

К « 4 О

1 где t. — время осаждения частиц диа1 метром d„ñ высоты hJ >

К вЂ” коэффициент Стокса, отражающий гидродинамические свой-. ства дисперсной среды

31;$ - 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 изизвестных фиксированных высотах кю-, веты, то получаемая при этом дискретная кривая будет дискретной интегральной гранулометрической кривой. т.е. (у„) «;-((з„), „« =«(«,- р;) (3) 5 (19 11;Íi

805129 значения логарифма фототока, измеряемые в моменты t на высотах Hj .

1 1-о,H<=Hmax значение логарифма фототока, измеренное в момент t< = 0 5 (т.е. в начальный момент осаждения суспензии) и на высоте Н„=Н

g S i - сумма поверхностей 10 частиц от первой фракции (с максимальным диаметром д „) р до 1Ы фрак ццн 3 Si — сумма поверхностей

1 всего диапазона частиц от д„„ до 1 1@"

Если путем подбора исходной концентрации порошка в суспензии поддер- О живают величину начального фотосигнала (1g1„ ) неизменной;:а также ус танавливать неизменной велиЧину сигнала (1g1 ), т.е.. величину фотосигнала от чистой дисперсной среды,. то получаемая интегральная гранулометрическая кривая не нуждается в нор-, мировании для возможности сопоставления дисперсности различных порошков. Необходимость осуществления ре- гистрации фотосигнала на ряде дис- 30 кретных высот кюветы диктуется необходимостью сокращения общего времени анализа. Количество и конкретное значение высот, на которых должна осуществляться регистрация фотосиг- 35 нала определяются выбором шкалы гранулометричэской кривой (т.е. граничными значениями фракций). Как следует из выражения (2), для полу-. чения постоянной шкалы гранулометрической кривой прн использовании различных днсперсионных сред {т.е.. при изменяющихся величинах K ) необкбдимо выдерживать постоянство отношений

di+1 t.i

-4т-- t." (4) 45

1 1+1 которое уже не зависит от коэффициента Стокса используемой дисперсион ной среды. Для решения этой задачи функции oTGReTB времени осажде"ия gp в предлагаемом фотоседиментометре разделены между генератором тактиd, ìêì 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, см сек

1 3

450 337

1800

0900 0674

36 00

Первоначально с помощью потенциометров 21 и 22 компенсатора 8 нулевого 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

2Гц)

Работа предлагаемого фотоседиментометра осуществляется следующим образом. рующих импульсов, т. а. производится по соотношению

Тк, п1, (5) где Т -. период следования такто-

К вых импульсов генератора (выбирается в зависимости от Кс);

n. - число тактовых импульсов,. через которое осуществляется регистрации

i-ой ординаты, гранулометрической кривой (выбирается исходя иэ выбран ной шкалы гранулометричес -. кой кривой).

Объединяя (4) и (5), получаем (} ° И 1+, т.е. шкала гранулометрической кривой

" 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 увеличивает число интервалом разбиения искомой гранулометрической кривой.

Практически реализованный образец имеет следующие параметры. Диапазон диаметров порошка 1-60 мкм разбивают на восем 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 8,2 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.

805129 ке кюветы с полностью перемещенной суспензией показания прибора усталы (путем постепенного увеличения концентрации суспензии). Таким образом введение компенсатора

«улевого сигнала позволяет регистрировать полезный сигнал на полную шкалу регистрирую щего прибора (в известных фотоседиментометрах для регистрации фотосигнала используется лишь часть шкач лы), что существенно повышает точ- 10 ность регистрации гранулометрической кривой. После перемешивания суспензии начинают процесс осаждения и включают генератор 11 тактовых импульсов, После достижения на счет- 1$ 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 импульсы на первом и . втором выходе дешифратора, при этом осуществляется регистрация ординаты 15 мкм и включается блок 14 дискретного подъема фотометрической системы, 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- 4р 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 фотометрической системы на высоту 3 см и т.д. Скорость перемещения фотометрической системЫ сделана достаточно высокой, чтобы успевать переместиться на заданные высоты в отведенные промежутки времени. После регистрации последней ординаты 1 мкм устройство отключается.

Формула .изобретения

Фотоседиментометр, содержащий прозрачную кювету с исследуемой суспензией, фотометрическую систему, включающую осветитель и фотодетектор, механизм подъема фотометрической системы по высоте кюветы, регистрирующий прибор, отличающийся 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 блока программирования и пусковым устройством двигателя.механизма подъема.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Н.M. и др. Заводская лаборатория 11/972, 38, Р 5, с. 624625.

2. Коузов П. В. Основы анализа дисперсного состава промыаленных пылей и измельченных материалов. "Химия", 1974, с. 171-180 (прототип), 805129

Г

t

Составитель В. Вощанкин

Редакто М. КелеМеш Тех Н.Майо ош Ко кто Г. РешЕтник

Заказ 0869/64 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Nocxsa 3-35 Ра аида наа. g. 4 в

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4