CH628986A5 - Method and device for determining the particle size distribution of a mixture of particles - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la répartition granulométrique d'un s
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mélange de particules.
On connaît un procédé pour déterminer la répartition granulométrique d'un mélange de particules, ce procédé consistant
- à entraîner le mélange en circulation dans un récipient transparent éclairé par un faisceau de lumière monochromatique, la section du récipient éclairée par le faisceau et normale au sens de circulation étant suffisamment faible pour que les particules passent une à une dans cette section,
- à former dans le plan focal d'un système optique convergent une tache de diffraction du mélange éclairé
- et à compter, pendant la circulation d'une quantité prédéterminée du mélange, les signaux électriques émis par un récepteur photoélectrique recevant, à travers l'ouverture d'un diaphragme disposé sur la tache, la lumière d'une portion de la tache, chaque signal étant provoqué par le passage d'une particule, l'ouverture du diaphragme définissant ladite portion ayant la forme d'un secteur angulaire d'une couronne circulaire centrée au foyer du système optique, l'amplitude des signaux étant une fonction croissante de la grosseur des particules.
Dans ce procédé, les rayons de la couronne circulaire limitant l'ouverture du diaphragme peuvent être déterminés par une construction graphique à partir d'une courbe de variation du pourcentage de l'énergie lumineuse de la tache contenue dans un rayon R, en fonction de ce rayon R, cette courbe étant tracée à l'aide d'un mélange de particules mono-dispersées dont le diamètre correspond au diamètre maximal A des particules du mélange à analyser. Au cours de ce procédé, le seuil de réception du récepteur photoélectrique peut prendre diverses valeurs successives comprises entre l'amplitude du signal de bruit du récepteur et l'amplitude du signal électrique provoqué par le passage d'une particule de diamètre A.
La présente invention a pour but d'apporter un perfectionnement à ce procédé, ce perfectionnement permettant d'effectuer l'analyse granulométrique d'un mélange de particules en une seule opération.
La présente invention a pour objet un procédé pour déterminer la répartition granulométrique d'un mélange de particules en suspension dans un liquide, consistant
- à entraîner le mélange en circulation dans un récipient transparent éclairé par un faisceau de lumière monochromatique, la section du récipient éclairée par le faisceau et normale au sens de circulation étant suffisamment faible pour que les particules passent une à une dans cete section,
- à former dans le plan focal d'un système optique convergent une tache de diffraction du mélange éclairé
- et à compter, pendant la circulation d'une quantité prédéterminée du mélange, les signaux électriques émis par un récepteur photoélectrique recevant, à travers l'ouverture d'un diaphragme disposé sur la tache, la lumière d'une portion de la tache, chaque signal électrique étant provoqué par le passage d'une particule, l'ouverture du diaphragme définissant ladite portion ayant la forme d'un secteur angulaire d'une couronne circulaire centrée au foyer du système optique, l'amplitude des signaux électriques étant une fonction croissante de la grosseur des particules, caractérisé en ce que le comptage des signaux consiste à compter par ni compteurs les signaux électriques dont l'amplitude est comprise respectivement dans ni intervalles d'amplitudes déterminés, la limite supérieure d'un intervalle de rang i étant égale à la limite inférieure de l'intervalle de rang i+1, i étant un nombre entier prenant successivement toutes les valeurs de 1 à ni-1, les ni intervalles juxtaposés couvrant une plage d'amplitude de signaux correspondant à écart déterminé entre une grosseur minimale ai et une grosseur maximale Ai de particule.
La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, comportant
- une source d'un faisceau lumineux monochromatique,
- un récipient transparent contenant le mélange et disposé sur le trajet du faisceau lumineux,
- des moyens pour faire circuler le mélange dans une section du récipient traversée par le faisceau et normale au sens de circulation, cette section étant suffisamment faible pour laisser passer les particules une à une,
- un système optique convergent pour former dans son plan focal une tache de diffraction du mélange éclairé par le faisceau,
- un diaphragme dont l'ouverture délimite dans le plan focal une portion de la tache, cette ouverture ayant la forme d'un secteur angulaire d'une couronne circulaire centrée au foyer du système optique convergent,
- un récepteur photoélectrique disposé pour recevoir la lumière de la portion de la tache à travers le diaphragme et capable d'émettre un signal électrique lorsqu'une particule passe dans la section du récipient, l'amplitude des signaux étant une fonction croissante de la grosseur des particules
- et un compteur relié à la sortie.du récepteur pour compter les signaux, caractérisé en ce qu'il comporte en outre
- un discriminateur branché entre la sortie du récepteur et l'entrée du compteur
- et ni—I autres compteurs analogues audit compteur et connectés à la sortie du discriminateur, de manière que les ni compteurs comptent les signaux électriques dont l'amplitude est comprise respectivement dans ni intervalles d'amplitudes déterminées, la limite supérieure d'un intervalle de rang i étant égale à la limite inférieure de l'intervalle de rang i+1, i étant un nombre entier prenant successivement toutes les valeurs de 1 à ni-1, les ni intervalles juxtaposés couvrant une plage d'amplitude de signaux correspondant à un écart déterminé entre une grosseur minimale ai et une grosseur maximale Ai de particule.
Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
la fig. 2 représente un diaphragme faisant partie du dispositif illustré par la fig. 1,
la fig. 3 représente un autre mode de réalisation de ce diaphragme,
la fig. 4 est un réseau de courbes à l'aide duquel on peut déterminer les ouvertures des diaphragmes illustrés par les fig. 2 et 3 et la fig. 5 est un graphique illustrant le fonctionnement du dispositif représenté sur la fig. 1.
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Sur la fig. 1 est représentée une source lumineuse 50 telle qu'un générateur laser émettant un faisceau de lumière monochromatique 51 de faible section. Sur le trajet du faisceau 51 est disposé un récipient transparent 52 qui peut recevoir un mélange de particules en suspension dans un liquide. Ce mélange peut être entraîné en circulation dans le récipient 52 grâce à un dispositif comportant un réservoir 53 rempli du mélange 54, des canalisations 55 et 56 reliant le réservoir 53 au récipient 52 et une pompe 57 insérée dans le circuit d'une de ces canalisations. On dispose de préférence dans le réservoir 53 un agitateur 58 entraîné en rotation à l'aide d'un moteur 59.
Un système optique convergent 60 centré sur l'axe 61 du faisceau 51 reçoit le faisceau de lumière monochromatique sortant du récipient 52 et forme dans son plan focal 62 une tache de diffraction du mélange contenu dans le récipient 52 et éclairé par le faisceau 51. Cette tache est de révolution autour du point 63 situé sur l'axe 61.
Dans le plan focal 62 est disposé un diaphragme 64 dont l'ouverture 65 délimite dans le plan 62 une portion de la tache de diffraction. Un récepteur photoélectrique 66 est disposé pour recevoir sur sa surface sensible la lumière de la portion de la tache délimitée par le diaphragme 64.
La sortie électrique du récepteur 66 est reliée à l'entrée d'un système discriminateur 67. Ce système peut comporter par exemple trois sorties reliées respectivement à trois compteurs d'impulsions 68,69 et 70. Enfin la sortie électrique du récepteur 66 peut être aussi reliée à l'entrée d'un oscillographe 71.
Sur la fig. 2 est représenté de face le diaphragme 64 afin de montrer la forme de son ouverture 65. Cette ouverture est délimitée par un secteur angulaire U d'une couronne circulaire limitée par deux cercles concentriques de rayons Ri et R2, le centre de ces cercles coïncidant dans le dispositif représenté sur la fig. 1 avec le centre 63 de la tache de diffraction.
Le dispositif représenté sur la fig. 1 permet de mettre en œuvre un procédé pour déterminer la répartition granulométrique d'un mélange de particules en suspension dans un liquide à faible concentration.
Pour mettre en œuvre ce procédé, il convient tout d'abord de fixer les dimensions de l'ouverture 65 du diaphragme 64 qui de préférence doit être adaptée à une plage de dimensions de particules prédéterminée.
Par exemple, si on désire tracer une courbe de granulomé-trie pour les particules dont la grosseur est comprise entre 1 et 4 microns, on fait un essai préalable à l'aide d'un dispositif comportant seulement la source 50, un récipient analogue au récipient 52 avec son système de circulation de liquide et le système optique 60, ces organes étant disposés comme décrit ci-dessus. Dans cet essai, on fait circuler un mélange standard de particules monodispersées, c'est-à-dire ayant toutes la même grosseur, cette grosseur étant égale à celle des particules les plus grosses à analyser, soit 4 microns, et on mesure dans le plan focal 62 de la lentille 50 le pourcentage T de l'énergie lumineuse émise dans un cercle de rayon R de la tache par rapport à l'énergie totale de la tache. On trace ensuite dans un système d'axes de coordonnées OTR la courbe de variation de T en fonction de R. Une telle courbe (relative à la grosseur 4 microns des particules monodispersées) est visible sur la fig. 4. On projette ensuite sur l'axe OR une partie 73-74 croissante et sensiblement linéaire de cette courbe suivant un segment 75-76. Les rayons Ri et R2 des cercles délimitant l'ouverture 65 du diaphragme 64 à utiliser pour l'analyse des particules de grosseur comprise entre 0 et 4 microns du mélange, sont égaux respectivement aux abcisses des points 75 et 76 sur l'axe OR. La forme de l'ouverture de ce diaphragme 64 est complètement fixée en choisissant arbitrairement une valeur de l'angle U du secteur angulaire de la couronne circulaire.
La limite supérieure (4 microns) de grosseur des particules de la plage à analyser est donc fonction des dimensions et de la position de l'ouverture du diaphragme 64 sur la tache de diffraction. Par ailleurs, la limite inférieure (1 micron) de grosseur des particules de la plage est fonction de la sensibilité du récepteur 66.
On dispose ensuite le mélange à analyser dans le réservoir 53 (voir fig. 1) et on l'entraîne en circulation dans le récipient transparent 52 en mettant en marche la pompe 57. On met aussi en marche le moteur 59 entraînant la rotation de l'agitateur 58, ce qui a pour effet d'augmenter l'homogénéité du mélange et d'éviter les rassemblements locaux des particules.
La section 72 du récipient 52, traversée par le faisceau 51 et normale au sens de circulation du mélange, doit être suffisamment faible pour laisser passer les particules l'une après l'autre dans cette section, compte-tenu de la concentration en particules du mélange.
Au passage de chaque particule le récepteur 66 reçoit une impulsion lumineuse et émet une impulsion électrique correspondante. L'amplitude des signaux électriques émis par le récepteur 66 croît, suivant une loi sensiblement linéaire, en fonction de la grosseur des particules.
Cette loi linéaire peut être déterminée, pour la plage de grosseur de particules considérée, par des essais préliminaires effectués sur des mélanges de particules monodispersées, à l'aide du dispositif représenté sur la fig. 1, la valeur de l'amplitude des impulsions pouvant être lue sur l'oscillographe 71. Cette loi linéaire, qui peut être aussi déterminée par le calcul, est représentée par le graphique de la fig. 5. Ce graphique est rapporté à deux axes de coordonnées rectangulaires OS et OG, dans lequel S représente l'amplitude du signal électrique et G la grosseur des particules.
Le système discriminateur 67 peut être par exemple un système électronique du type de celui décrit dans l'article intitulé «Two 555 timers build pulse-height discriminator» de R. Karni et T. Assis extrait de la revue américaine «Electronics» du 17 février 1977 pages 98 et 99. Ce système permet de conduire les signaux électriques émis par le récepteur 66 et entrant dans le système 67 vers l'un des compteurs 68,69 et 70, suivant la valeur de l'amplitude de ces signaux. Par exemple le compteur 68 compte les signaux dont l'amplitude est comprise dans un intervalle d'amplitude correspondant, sur la courbe de la fig. 5, à des particules de grosseur comprise entre 3 et 4 microns, le compteur 69 compte les signaux correspondant à des particules de grosseur comprise entre 2 et 3 microns, et le compteur 70 compte les signaux correspondant à des particules de grosseur comprise entre 1 et 2 microns. Bien entendu la limite supérieure d'un intervalle d'amplitude est égale à la limite inférieure de l'intervalle correspondant à une plage de grosseur de particules immédiatement supérieure, et les intervalles juxtaposés couvrent une plage d'amplitude de signaux correspondant à l'écart entre la grosseur minimale (1 micron) et la grosseur maximale (4 microns) des particules considérées.
Le nombre de compteurs dépend de la précision de l'analyse granulométrique désirée.
On voit ainsi qu'il est possible de tracer, dans l'intervalle considéré de grosseur des particules (1-4 microns), une courbe représentative des variations du nombre des particules du mélange ayant une grosseur donnée, en fonction de la grosseur des particules. Il suffit pour cela de relever les indications des compteurs 68,69 et 70 correspondant à une circulation d'une quantité prédéterminée du mélange.
Il est clair aussi qu'il est possible de disposer dans le plan focal 62 de la lentille 60 un diaphragme du type de celui représenté sur la fig. 3 en 64' et comportant par exemple deux ouvertures différentes 77 et 78, ces deux ouvertures étant adaptées respectivement à la plage de grosseur de 1-4
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microns et à la plage de grosseur 4-16 microns. Ces plages couvrent ensemble sensiblement toute la gamme de grosseur des particules du mélange. Chacune de ces ouvertures est déterminée à partir d'une des courbes représentées à titre d'exemple sur la fig. 4 pour les grosseurs respectives de 16 et 4 microns, l'angle du secteur angulaire restant égale à U. Ainsi l'ouverture 78 de diaphragme adaptée à la plage 4-16 microns est déterminée à partir de la courbe 16 microns.
En face de chacune des deux portions de la tache de diffraction ainsi définies, on place alors un récepteur photoélectrique et la sortie électrique de chaque récepteur est connectée à un système discriminateur dont les sorties sont connectées à des compteurs. Il est alors possible de déterminer en une seule opération une courbe de granulométrie du mélange, cette s courbe intéressant toute la gamme de grosseurs des particules du mélange.
Le procédé et le dispositif selon la présente invention peuvent être appliqués à la détermination de la répartition granulométrique de mélanges de particules en suspension dans un io liquide à faible concentration.
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2 feuilles dessins
Claims (5)
1. Procédé pour déterminer la répartition granulométrique d'un mélange de particules en suspension dans un liquide,
consistant
- à entraîner le mélange en circulation dans un récipient transparent éclairé par un faisceau de lumière monochromatique, la section du récipient éclairée par le faisceau et normale au sens de circulation étant suffisamment faible pour que les particules passent une à une dans cette section,
- à former dans le plan focal d'un système optique convergent une tache de diffraction du mélange éclairé
- et à compter, pendant la circulation d'une quantité prédéterminée du mélange, les signaux électriques émis par un récepteur photoélectrique recevant, à travers l'ouverture d'un diaphragme disposé sur la tache, la lumière d'une portion de la tache, chaque signal électrique étant provoqué par le passage d'une particule, l'ouverture du diaphragme définissant ladite portion ayant la forme d'un secteur angulaire d'une couronne circulaire centrée au foyer du système optique, l'amplitude des signaux électriques étant une fonction croissante de la grosseur des particules, caractérisé en ce que le comptage des signaux consiste à compter par ni compteurs les signaux électriques dont l'amplitude est comprise respectivement dans ni intervalles d'amplitudes déterminées, la limite supérieure d'un intervalle de rang i étant égale à la limite inférieure de l'intervalle de rang i+1, i étant un nombre entier prenant successivement toutes les valeurs de 1 à ni-1, les ni intervalles juxtaposés couvrant une plage d'amplitude de signaux correspondant à un écart déterminé entre une grosseur minimale ai et une grosseur maximale Ai de particule.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le comptage des signaux s'effectue en outre dans nj autres compteurs, j étant un nombre entier prenant successivement les valeurs de 2 à p, les nj compteurs étant capables de compter respectivement les signaux électriques émis par p-1 autres récepteurs photoélectriques sensibles respectivement à la lumière de p-1 autres portions de la tache à travers respectivement p-1 diaphragmes, les nj compteurs étant capables de compter les signaux électriques dont l'amplitude est comprise respectivement dans nj intervalles d'amplitudes déterminés, les nj intervalles juxtaposés couvrant une autre plage d'amplitude de signaux correspondant à un autre écart déterminé entre une grosseur minimale aj et une grosseur maximale Aj de particule, l'ensemble de ces plages couvrant un intervalle correspondant sensiblement à l'écart entre la grosseur minimale et la grosseur maximale des particules du mélange.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rayons des cercles délimitant radialement la couronne circulaire de l'ouverture de chaque diaphragme sont déterminés
- en formant d'abord une image de diffraction d'un mélange de particules monodispersées de grosseur Aj dans le plan focal d'un système optique identique audit système optique convergent, ce mélange étant éclairé par un faisceau identique au faisceau de lumière monochromatique,
- puis en traçant une courbe T=f(R) dans un système d'axes de coordonnées OTR, O étant l'origine des axes, T désignant le pourcentage de l'énergie lumineuse dans un cercle de rayon R de la tache par rapport à l'énergie lumineuse totale de cette tache, une partie croissante et sensiblement linéaire de cette courbe étant projetée sur l'axe OR suivant un segment, les rayons des cercles délimitant la couronne étant égaux respectivement à l'abcisse sur l'axe OR des points extrêmes de ce segment.
4. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication I, comportant
- une source d'un faisceau lumineux monochromatique,
- un récipient transparent contenant le mélange et disposé sur le trajet du faisceau lumineux,
- des moyens pour faire circuler le mélange dans une section du récipient traversée par le faisceau et normale au sens de circulation, cette section étant suffisamment faible pour laisser passer les particules une à une,
- un système optique convergent pour former dans son plan focal une tache de diffraction du mélange éclairé par le faisceau,
- un diaphragme dont l'ouverture délimite dans le plan focal une portion de la tache, cette ouverture ayant la forme d'un secteur angulaire d'une couronne circulaire centrée au foyer du système optique convergent,
- un récepteur photoélectrique disposé pour recevoir la lumière de la portion de la tache à travers le diaphragme et capable d'émettre un signal électrique lorsqu'une particule passe dans la section du récipient, l'amplitude des signaux étant une fonction croissante de la grosseur des particules
- et un compteur relié à la sortie du récepteur pour compter les signaux, caractérisé en ce qu'il comporte en outre
- un discriminateur branché entre la sortie du récepteur et l'entrée du compteur
- et ni-1 autres compteurs analogues audit compteur et connectés à la sortie du discriminateur, de manière que les ni compteurs comptent les signaux électriques dont l'amplitude est comprise respectivement dans ni intervalles d'amplitudes déterminées, la limite supérieure d'un intervalle de rang i étant égale à la limite inférieure de l'intervalle de rang i +1, i étant un nombre entier prenant successivement toutes les valeurs de 1 àni-1, les ni intervalles juxtaposés couvrantune plage d'amplitude de signaux correspondant s un écart déterminé entre une grosseur minimale ai et une grosseur maximale Ai de particule.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre
- p-1 diaphragmes analogue audit diaphragme et délimitant p-1 portions de la tache,
- p-1 récepteurs photoélectriques disposés pour recevoir respectivement la lumière des p-1 portions de la tache,
- p-1 discriminateurs reliés respectivement à la sortie des p-1 récepteurs
-et nj compteurs, j étant un nombre entier prenant successivement les valeurs de 2 à p, les nj compteurs étant reliés respectivement à la sortie des p-1 discriminateurs.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |