Способ определения дисперсностичастиц водного аэрозоля

Способ определения дисперсностичастиц водного аэрозоля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетсннх

Социалистических

Республик. К АВТОИ:КОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 270978 (21)2667534/18-25 (5 )М. КЛ с присоединеиием заявки Hо— (23) ПриоритетG 01 и 15/02

IG 01 и 15/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 3005,81, Бюллетень Н9 20 (>>) >4K632. 911. 2 (088.8) Дата опубликования описания 300581

П.A.Âoðoíèí, Ю.П. Восканян, А. П.Романенко И В..И.С*икачев

3,I 5

1

Государственный макеевский ордена Октябрь кой Революции научно-исследовательский институт по беэопаеностиработ в горной промышленности Министерства угольной промышленности

СССР (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОВ ОПРЕДКЛКНИЯ ДИСПКРСНОСтИ пАСтип

ВОДНОГО АЭРОЗОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованоо для определения дисперс нос ди частиц в капельном потоке в различных отраслях 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 требуемой точности определения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 15 способ определения дисперсности частиц, заключающийся в улавливании частиц воды на прозрачную пластину, покрытую слоем гидрофобного вещества, фотографирование в проходящем 20 через вещество свете и последующее их измерение по микрофотографиям $2), Недостатками способа являются сложность исполнения, зависимость точности определения размеров частиц 25 от температуры, воздействующей на гидрофобное вещество среды и незначительный предел измерения.

Сложность исполнения заключается в нанесении на пленку слоя гидрофоб- 30 ного вещества определенной вязкости, обеспечивающей полное погружение улавливаемых частиц и исключающих их соударение с поверхностью пластины.

Указанное условие выполняют путем подбора компонентов вещества в зависимости от температуры, воздействующей на вещество среды. При температуре равной 10 С соотношение минерального масла и вазелина должно быть

1:5, а при 20оС вЂ” 1.:2. В шахтных условиях в связи со значительной разностью температур атмосферы и распыливаемой воды, поступающей к забоям горных выработок, припание веществу необходимой вязкости гредставляет определенную сложность. Если состав вещества не соответствует температуре воздействующей на него среды, то это приведет к стеканию вещества с пластины, или повышению его вязкости. И в том, и в другом случае часть капель может расплю (иваться при соударении с поверхностью пластины, т. е. наряду с истинными будут фиксироваться и иск аже н ные размеры частиц. При этом толщина получаемого слоя, нанесенного на пластину, нагретого до 60 С гидрофобного вещества, составляет 0,2-0,3 мм. Учиты834461 вая, 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 0,03-0,25мм 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 94О, объемное электрическое сопротивление не менее 10 ь ом см и время утечки заряда - не менее 7000 с, толщиной

0,05-0,2 мм. В качестве материала подложки может быть использован полиэтилен высокого давления низкой плотности .

В качестве объекта исследований используются различные светопроницаемые гидрофобные материалы, в том числе и пленки, изготовленные на основе полимеров неопределенных углеводородов, винильного спирта, галогенопроизводных этилена, полиамидов и полиэфиров.

Прилипание (адгезию) капель воды на полимерных материалах можно

15 объяснить электризацией материала под воздействием движущейся внешней среды, в том числе под действием потока распыленной воды. При этом максимальные значения электризации щ пленки полимера достигаются при удельном объемном сопротивлении пленки, превышающем 10 ом см. Для проведения исследований подбираются: различные полимерные материалы, в том числе и полимеры, выпускаемые отечественной промышленностью и имеющие удельное объемное электрическое сопротивление 10 — 10 ом см. Наимеи нование материалов и их физические свойства приведены в таблице результатов исследования различных материалов.

834461!

A 11j 1 а а хх O,9

9 .1й хн ие о Фа н ах

9 х э ве о яцхс»

A)1 ФХ»

O g 5 ga3II

1 1б

П! Х ф х р!в

Х <б е и ф и б

Г Ъ

М

C) «" 1

C) %

РЪ «! с («! о о

С Ъ

Ю

РЪ

Ю

Ю

1ОЕ оцх

Ц4 Х о о ест

О3 4 Я н х б1и ф «C«

Х4К

g ь

«

П3

1 о

Ю

РЪ

«-1

° l .ф I

1 1 Х А

1ОХ1Н ! цо.еи

1оа Фо

I OIL ÈÉ

1

3 ф хи он

Ф

Ф 1б

1ХХ

I х,а

I.ХЕ ф а

Х х их оа х !б

lA

О о о

%О т-!

Ю

Ю

% 11

II

° б I о

«й о о

I. 4

I »Ц1

I CC a!

1.О4

1 Х ф о

«3 1 а !

4 1

М (б Хаа

I ЦН0) се ое

Х Н IL Î4 ойха57 («1

t 1

° 1

«-l! .

I D ф Ф

fC Х с

1 Х

N Н

XeD

v o,o э х х K

»аф

L Ц

Я 9 а1бо о о

РЪ

<Ч о о о о а о

1 CO

1 и

1 О

I ll

1 З

1

1 Ж м

1 чР

1 11 з

1 о о о л

О с ф («Ъ о, о о

co о

М о ф о о о о

О О ф 00 Ф о

«-1 яъ

° О

0Ъ б и ое Е ц е ац си ээфэияэ

1бООООХХИ хохинхо

О

О г1 г

О х х

Ф 4 Ф оа

-" Й о а eхх

L Фее х и о анн

М WOI& а х и х о

Ц

И хо

М И фи и м

1 Ф

О 1б

4 ф

» М

1 ж о

1 о

1 с-11

ll

Г

I <ю

I л

1 ч>

1 и

1

2

t6 ми

D Н

;9

Э <б х х х х

Ф Ф

Ц Ц х н н б) Э х ° х

1 Ц о ° о и х и

I - Ф х 9 а и ые

1б В ие * хи

1б 1б 1 Ц аа ох г о а с ф

% l C) СЧ Ф CO с ю) с ъ

В ГЪ. а о о

1 и н ф Ы хи он

«36 ю е

«.1 «-1 ф ф х д о о <ъ (Ч Ю,!

lA CO cP с О 7Ъ о

«I

« е о о

« C) ОО

СЧ

N "Ъ

m o о о

00!

» х «Ф

Ц 1 оы

И М хам х

Xxm

1бХХ В хэу о о52 е

И Ф

I и

41 а аэх ,OV CI е о М О «Ф ) вО о "о сЧ . «-!

Ц х

Х 9 ху оо а L м

CО 09 о и

Е о

k(D х

Ц (б о

И и х

C х о

Ц

Ц и

D х х х

Ц

Э о а

834461

Из 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 730. 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 15 капли по пленке различных материалов, представленных в таблице, подтверждают эту закономерность. другим не менее важным показателем взаимодействия аэрозоля воды с Що твердой поверхностЬю является свойство поверхности удерживать заряд того или иного знака в течение определенного промежутка времени (время утечки заряда с поверхности). Извест- 1 но, что время утечки заряда с поверхности полиэтилена при относительной влажности воздуха б53 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- 4(} ха практически для всех приведенных в таблице материалов, за исключением полиэтилена. Для полистирола краевой угол при изменении влажности остается постояннйм, 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) созе(ать определенную влажность воздуха, что в шахтных условиях практически невозможно, В то же время уменьшение угла скатывания не позволяет располагать подложку перпендикулярно фронту потока распыляемой жидкости, что является одним из условий предлагемого способа. Кроме того, определенные материалы, например целофа- що 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 света при толщине, используемой в качестве подложки пленки 0,03-0,2 мм, малой водопоглощаемостью и водопроницаемостью, а также высокой эластичностью, которые -обеспечивают сохранение глянцеватости пленки при воздействии на нее влажной среды, высокая степень электризации под действием соприкасающегося с ним потока аэрозоля воды 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 к потоку распыляемой жидкости с сохранением их сферической формы нри влажности воздуха более 95%. При этом, как показали исследования, толщину пленки, используемой в качестве подложки, следует выбирать в пределах 0,03-0,2 мм. При меньшей толщине пленка сохраняет свои физичеОКие свойства, но деформируется нод действием влияния температуры и веса. капель воды, что не позволяет осуществить точную их фокусировку.

При большей толщине светопроницаемость пленки резко падает и четкость фотографирования капель диаметром

0,01-0,03 мм снижается.

Пример. Полоску полиэтиленовой пленки толщиной 0,05-0,2 мм и шириной 35 мм, выполненную из полиэтилена высокого давления низкой плотности, устанавливают в камере фотоаппарата, например "Зоркий-б".

Установку пОлиэтиленовой пленки производят также, как и обычной фотопленки. Затем фотоаппарат со снятым объективом и взведенным затвором устанавливают 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

Формула изобретения

Составитель Л. Алексеева

Техред Н.. Келушак

Редактор Т. Кузнецова

Корректор О. Билак

Подписное

Тираж 907.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4056/64

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

Микрофотографии пленки с каплями получают путем удлинения фокусного расстояния объектива фотоаппарата применением удлинительных колец.

Полученные фотографии обрабатывают, т.е. производят измерение за счет частиц. Для быстрого измерения и счета частиц с одной стороны полиэтиленовой пленки красителем наносят масштабную сетку. Истинный диаметр капель, осевших на пленку, подсчитывают по эмпирической формуле 1О

Д = 1,107 Д„ где Д вЂ” истинный дйаметр частиц воды, мм у

Д вЂ” диаметр частицы воды на полип этилене, мм.

Многочисленные экспериментальные данные показали, что погрешность измерения предлагаемым способом не превышает 1,5-2,0%, при этом испарение капель при 18-20 С и влажности 95-55Ъ 20 в течение 5 мин составляет не более

3-7%. Учитывая, что фотографирование частиц производят в течение 1-2 мин и в атмосфере, влажность которой превышает 9ОЪ, влияние испарения на 25 погрешность измерения сказывается незначительно.

Предлагаемый способ исключает трудоемкую операцию нанесения на пластину гидрофобного вещества, повышает точность измерений независимо от температуры, воздействующей на гидрофобный материал. Предел определения размеров частиц этим способом повышается от 0,005 до 3,0-3,5 мм,, т.е. охватывает практически весь диапазон размеров частиц, получаемых при распылении жидкости. Прозрачность пленки, кроме того позволяет фотографировать 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,отличающийся 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 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 шийся тем, что в качестве материала подложки используют полиэтилен высокого давления низкой плотности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 418763, кл. G 01 N 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).