SU1455283A1 - Method and apparatus for granulometric analysis of disperse media - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к изм.ери тельной технике, контролю размеров и концентрации взвегченньпс частиц. Цель изобретени  повьааение чунствитель1 Изобретение относитс  к измерительной технике определени  размеров и ко11центрации взвешенных частиц и ;может быть использовано в нефтеперерабатывающей промьцчленности, геофизике и Технологии получени  ультрадис- персных порошков, а также в других област х техники, где требуетс  контроль фракционного состава золей. Цель изобретени  - повьш1ение чувствительности к изменени м спектрального состава лазерного излучени  ности и точности анализа полидисперсных сред. Дл  этого взвесь контролируемых частиц пропускают через сто чую волну лазерного излучени , а интенсивность рассе нного света детектируют , дифференцируют и по мощности и спектральному составу его пространственно-временных флуктуации рассчитывают концентрации и распределение частиц по размерам. Устройство отличаетс  тек, что задн   стенка измерительной кюветы с исследуемой средой образована зеркальной поверхностью акустического излучателЯо Перпендикул рно к ней расположен фотоумножитель с точечной диафрагмой и симметрично расположенными вокруг него под небольшим углом источником когерентного излучени  и фотосопро- тивлением. Это фотосопротивление входит в состав RC-цепочки дифференцирующего усилител , подключенной между фотоумножителем и вольтметром действующего значени  с анализатором спектра. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. с S сл ел сд N) 00 рассе нного на подвижных частицах, и точности измерени  их распределени  по скорост м. На чертеже показано устройство дл  осуществлени  предлагаемого способа . Устройство содержит измерительную кювету с прозрачной стенкой 1, ра  совместно с зеркальной поверхностью задней стенки 2,  вл к1П1ейс  составной частью акустического излучател  3, образует плоский капилл рThe invention relates to a measuring technique, control of the size and concentration of the perturbed particles. Purpose of the Invention The invention relates to a measurement technique for determining the size and concentration of suspended particles and can be used in the oil refining industry, geophysics and the technology for producing ultradisperse powders, as well as in other areas of technology that require control of the fractional composition of sols. The purpose of the invention is to increase the sensitivity to changes in the spectral composition of laser radiation and the accuracy of analysis of polydisperse media. For this, a suspension of controlled particles is passed through a standing wave of laser radiation, and the intensity of the scattered light is detected, differentiated, and the concentrations and particle size distribution are calculated from the power and spectral composition of its spatial and temporal fluctuations. The device differed, that the back wall of the measuring cell with the test medium was formed by the mirror surface of the acoustic radiator. A photomultiplier with a pinhole and symmetrically arranged around it at a small angle by a source of coherent radiation and photoresistance is located to it. This photoresistance is part of the RC-chain of the differentiating amplifier, connected between the photomultiplier and the effective value voltmeter with a spectrum analyzer. 2 sec. f-ly, 1 ill. s S sd N 00 00 scattered on moving particles, and the accuracy of measuring their velocity distribution. The drawing shows a device for carrying out the proposed method. The device contains a measuring cuvette with a transparent wall 1, pa together with the mirror surface of the rear wall 2, is an integral part of the acoustic emitter 3, forms a flat capillary

Description

шириной t, заполненный исследуемой средой На рассто нии г перпендикул рно зеркальной поверхности заднейwidth t, filled with the medium under study At a distance g perpendicular to the mirror surface of the posterior

стенки 2 установлен фотоумно ситель 5 закрытый точечной диафрагмой 6. Под небольшим углом Ю к фотоумно жителю 5 симметрично расположены от носительно него источник 7 когерентного излучени , например лазер и фотосопротивление 8, которое со вместно с разделительным конденсатор ром 9 образует RC-цепочку дифференцирующего усилител  10. Входна  цепь дифференцирующего усилител  10 подключена к фотоумножителю 5, а его выход соединен с вольтметром 11 и анализатором 12 спектра.walls 2 have a photomultiplier box 5 closed with a pinhole 6. At a small angle Yu to the photomonent resident 5, a coherent radiation source 7 is symmetrically located relative to it, such as a laser and photoresistance 8, which, together with the separation capacitor rum 9, forms the RC chain of differentiating amplifier 10 The input circuit of the differentiating amplifier 10 is connected to the photomultiplier 5, and its output is connected to a voltmeter 11 and a spectrum analyzer 12.

Устройство работает в режиме измеV 5The device operates in the mode V 5

10ten

то после дифференциравани  и усилени в К раз получают выходной сигнал напр жени  иthen after differentiation and amplification K times the voltage output signal and

- 45Гэ, - 45Ge,

,,+ 14.,, + 14.

и - .,„and -., „

4лКэ01Р4lKe01R

-- - cos- - cos

fAVfAV

t,t,

(4)(four)

амплитуда которого пропорциональна количеству частиц п и не зависит от их объема V, а частота обратно пропорциональна массе частиц f V, т.е.whose amplitude is proportional to the number of particles n and does not depend on their volume V, and the frequency is inversely proportional to the mass of particles f V, i.e.

их размеру.their size.

Свет, рассе нньй каждой из частиц может попасть в фотоумножитель 5 или 15 пр мо, или отразившись от зеркальной поверхности задней стенки 2.В резуль тате на апертуре точечной диафрагмы 6 получаютс  интерференционные полог сы, коротковолнова  часть которых сThe light scattered by each of the particles can get into the photomultiplier 5 or 15 directly, or reflected from the mirror surface of the rear wall 2. As a result, the aperture of the point diaphragm 6 produces interference plates, which are short-wave with

рений средней скорости теплового дви- 20 пространственной длиной волны меньшеrhenium average thermal velocity - 20 spatial wavelength less than

жени  частиц размером от.0,03 до 3 микрон и в режиме измерени  скорости акустических колебаний частиц размером 1-100 микрон.particles from 0.03 to 3 microns in size and in the mode of measuring the velocity of acoustic oscillations of particles 1-100 microns in size.

Во врем  прохождени  контролируемой частицы через сто чую волну лазерного излучени , интенсивность I рассе нного на ней излучени  опредеI л етс  ее положением Z относительноDuring the passage of a controlled particle through a standing wave of laser radiation, the intensity I of the radiation scattered on it is determined by its Z position relative to

i зеркальной стенки 2i mirror wall 2

I I

+ I+ I

оabout

(I)(I)

диаметра точечной диафрагмы 6 усредн етс  фотоумножителем 5 и не вызывает переменной составл ющей электрического сигнала U. Поэтому дл  расши.The diameter of the pinhole 6 is averaged by the photomultiplier 5 and does not cause a variable component of the electrical signal U. Therefore, for the extension.

25 рени  спектральной полосы регистрируемых частот пространственно-временных флуктуации интенсивности рассе н. кого света диаметр точечной диафраг- мы 6 должен быть как можно меньшим,25 RH of the spectral band of recorded frequencies of space-time fluctuations of the intensity of scattered n. the diameter of the pinhole 6 should be as small as possible,

30 но достаточным дл  прохождени  рабочей величины интенсивности излуче ни  на катод фотоумножител  5. 30 but sufficient to pass the operating magnitude of the radiation intensity to the cathode of the photomultiplier 5.

гдеWhere

Л L

PnVVпРдлина волны лазерного излучени ; интенсивность бегущей волны;PnVVRD wavelength of laser radiation; the intensity of the traveling wave;

амплитуда интенсивности рассе нной волны; объем частицы; количество частиц с координатой; коэффициент рассе ни .amplitude of the scattered wave intensity; particle volume; the number of particles with a coordinate; scatter factor

Поэтому смещение частицы вдольTherefore, the particle displacement along

Если в процессе измерени  происходит уменьшение мощности источникаIf during the measurement the source power decreases

35 о Р нтного излучени  или степени прозрачности исследуемой среды 4, то их вли ние на результаты измерени  в значительной степени компенсируетс  соответствующим возрастанием коIf the radiation level is 35% or the degree of transparency of the medium under study 4, then their influence on the measurement results is largely compensated by a corresponding increase in radiation intensity.

40 эффициента передачи К дифференцируемого усилител  вследствие увеличений электрического сопротивлени  фотосопротивлени  8,. на который Падает отраженньш луч от источника 7 коге40 transmission effects K of a differentiable amplifier due to increases in electrical resistance of the photoresistance 8 ,. onto which the reflected ray from the source 7 is falling

сто чей волны вызывает мерцание вели 5 Рентного излучени , дважды прошедшийthe standing of the wave causes flicker of 5 Rental radiation, twice passing

чины интенсивности рассе нного на ней излучени  с частотой fthe intensity of the radiation scattered on it with a frequency f

через исследуемую среду 4. Благодар  этому амплитуда действующего значе- :, ни  напр жени  выходного сигнала .пропорциональна лишь объемной кон2 Аthrough the test environment 4. Due to this, the amplitude of the effective value is:, nor the voltage of the output signal. only the volume con2 A is proportional

dZ dtdZ dt

(2)(2)

Поскольку скорость броуновского и акустического движений частицы обратно пропорциональна ее плотности f и объему VSince the velocity of the Brownian and acoustic motions of a particle is inversely proportional to its density f and volume V

Й5 Л,(3)Y5 L, (3)

dZ p.VdZ p.V

где ЗС коэффициент пропорционально-- сти, завис щий от в зкости среды.where CS is a proportionality coefficient depending on the viscosity of the medium.

5five

то после дифференциравани  и усилени  в К раз получают выходной сигнал напр жени  иthen after differentiation and amplification K times the voltage output signal and

- 45Гэ, - 45Ge,

,,+ 14.,, + 14.

и - .,„and -., „

4лКэ01Р4lKe01R

-- - cos- - cos

fAVfAV

t,t,

(4)(four)

амплитуда которого пропорциональна количеству частиц п и не зависит от их объема V, а частота обратно пропорциональна массе частиц f V, т.е.whose amplitude is proportional to the number of particles n and does not depend on their volume V, and the frequency is inversely proportional to the mass of particles f V, i.e.

их размеру.their size.

Свет, рассе нньй каждой из частиц, может попасть в фотоумножитель 5 или 15 пр мо, или отразившись от зеркальной поверхности задней стенки 2.В результате на апертуре точечной диафрагмы 6 получаютс  интерференционные полог сы, коротковолнова  часть которых сThe light scattered by each of the particles can get into the photomultiplier 5 or 15 directly, or reflected from the mirror surface of the rear wall 2. As a result, the interference apertures 6 of the small aperture 6

20 пространственной длиной волны меньше20 spatial wavelength less

диаметра точечной диафрагмы 6 усредн етс  фотоумножителем 5 и не вызывает переменной составл ющей электрического сигнала U. Поэтому дл  расшиthe diameter of the pinhole 6 is averaged by the photomultiplier 5 and does not cause a variable component of the electrical signal U. Therefore, to expand

25 рени  спектральной полосы регистрируемых частот пространственно-временных флуктуации интенсивности рассе н кого света диаметр точечной диафраг- мы 6 должен быть как можно меньшим,25 rises of the spectral band of the recorded frequencies of the space-time fluctuations of the intensity of the scattered light, the diameter of the pinhole 6 should be as small as possible,

30 но достаточным дл  прохождени  рабочей величины интенсивности излуче ни  на катод фотоумножител  5. 30 but sufficient to pass the operating magnitude of the radiation intensity to the cathode of the photomultiplier 5.

Если в процессе измерени  происходит уменьшение мощности источникаIf during the measurement the source power decreases

35 о Р нтного излучени  или степени прозрачности исследуемой среды 4, то их вли ние на результаты измерени  в значительной степени компенсируетс  соответствующим возрастанием ко40 эффициента передачи К дифференцируемого усилител  вследствие увеличений электрического сопротивлени  фотосопротивлени  8,. на который Падает отраженньш луч от источника 7 коге35% of the radiation or the degree of transparency of the medium under study 4, their influence on the measurement results is largely compensated by a corresponding increase in the transfer coefficient K of the differentiable amplifier due to increases in the electrical resistance of the photoresistance 8 ,. onto which the reflected ray from the source 7 is falling

5 Рентного излучени , дважды прошедший5 Rental radiation, twice passed

5 Рентного излучени , дважды прошедший5 Rental radiation, twice passed

через исследуемую среду 4. Благодар  этому амплитуда действующего значе- :, ни  напр жени  выходного сигнала .пропорциональна лишь объемной конgQ центрации рассеивающих частиЦ, а его. спектральный состав .определ етс  распределением этих частиц по скорос- т м теплового или акустического движени , которое однозначно св заноthrough the medium under study 4. Due to this, the amplitude of the effective value is:, nor the voltage of the output signal. It is proportional only to the volume concentration of the center of the scattering particles, and its. the spectral composition is determined by the distribution of these particles over the speeds of thermal or acoustic motion, which is uniquely related

gg с их размером.gg with their size.

Claims (2)

1. Способ гранулометрического анализа дисперсных сред, основанный1. The method of particle size analysis of dispersion media based на облучении когерентным светом взвешенных частиц, совершающих тепловые или акустические колебани , и регистрации изменений интенсивности и частоты рассе нного частицами электг ромагнитного излучени  с последующим расчетом их фракционного состава, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности анализа полидисперсных сред их пропускают через сто чую волну лазерного излучени , регистрируют интенсивность рассе нного света, величину которого детектируют, дифференцируют и по амплитуде и частоте гар- монических составл ющих доплеровских частот его пространственно-временных флуктуации определ ют гранулометриче. ский состав дисперсных сред.on irradiation of suspended particles with thermal or acoustic oscillations by coherent light, and recording changes in the intensity and frequency of electromagnet radiation scattered by particles, followed by calculating their fractional composition, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy of analysis of polydisperse media, they are passed through a hundred I sense a wave of laser radiation, register the intensity of the scattered light, the magnitude of which is detected, differentiated both in amplitude and frequency of harmonics the components of the Doppler frequencies of its space-time fluctuations determine the particle size distribution. dispersed medium composition. 2. Устройство дл  гранулометрического анализа дисперсных сред, содер12. Device for particle size analysis of dispersed media containing 14552831455283 жащее оптически св занные источник когерентного света, измерительную кювету с исследуемой средой и фото- умножитель, соединенньй с измеритель ным прибором, отличающее ; с   тем, что, с целью повышени  чув ствительности и сокращени  времени анализа дисперсных сред, акусти чесг:,.optically coupled coherent light source, a measuring cell with the test medium and a photomultiplier connected to the measuring device, which differs; so that, in order to increase the sensitivity and reduce the time of analysis of dispersive media, acoustics:,. 0 кий излучатель, расположенный внутри измерительной кюветы, имеет зеркальную поверхность, перпендикул рно кЬторой размещен фотоумножитель с симметрично расположенными вокруг него под уг,The cue emitter, located inside the measuring cell, has a mirror surface, perpendicular to the second one a photomultiplier is placed with symmetrically arranged around it at an angle, 5 лом не более Ю источником когерент-- ного излучени  и фотосопротивлением, которое вместе с конденсатором образует КС-цепочку дифференцирукидего усилител , вход которого соединен с5 is not more than 10 by a source of coherent radiation and photoresistance, which, together with a capacitor, forms a KS-chain of differentiation amplifier, whose input is connected to 0 фотоумножителем, а выход соединен с вольтметром и анализатором спектра АОтотока.0 by a photomultiplier, and the output is connected to a voltmeter and an Atotok spectrum analyzer. V.Редактор И.КасардаV.I. Casard editor Составитель А.Петров Техред М.ДидыкCompiled by A. Petrov Tehred M. Didyk Заказ 7450/51Order 7450/51 Тираж 788Circulation 788 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5 .3 3.3 3 /1 /one - .:-.: 4 four Корректор Л.КилипенкоProofreader L.Kilipenko ПодписноеSubscription