DD252054A1

DD252054A1 - METHOD FOR THE AUTOMATIC DETERMINATION OF THE PARTICLE GROSS DISTRIBUTION OF GROB-DISPERSER ONE-COMPONENT FABRIC SYSTEMS

Info

Publication number: DD252054A1
Application number: DD29349786A
Authority: DD
Inventors: Joerg Hoffmann
Original assignee: Leipzig Tech Hochschule
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1987-12-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Partikelmesstechnik. Moegliche Anwendungsgebiete der Erfindung sind die Qualitaetsueberwachung von Produkten sowie labortechnische Untersuchungen vor allem in der Bauindustrie, der chemischen Industrie und der Biotechnologie. Es koennen Partikelgroessen, die bisher fast ausschliesslich mit der Siebanalyse bestimmt wurden, schneller, genauer und in wesentlich feiner abgestuften stufenlos veraenderbaren Klassen, ausgemessen werden. Die Messeinrichtung gibt das Ergebnis sofort in Form der aufgezeichneten Kurve der Partikelgroessenverteilung aus. Parallel dazu liegt das Ergebnis als 8 Bit BCD-Zahl vor, so dass die Messeinrichtung mit einem Rechner gekoppelt werden kann. Das Prinzip der Erfindung beruht auf der Ausblendung eines repraesentativen Ausschnittes sedimentierender Partikel ohne Stoerung der Sedimentation dieser Partikel selbst, bei Anwendung einer reinen Laufzeitmessung (Ueberschichtungsverfahren), der optoelektronischen Zaehlung dieser Partikel sowie einer Auswerteeinrichtung.The invention relates to the field of particle measurement technology. Possible fields of application of the invention are the quality monitoring of products and laboratory investigations, above all in the construction industry, the chemical industry and biotechnology. It is possible to measure particle sizes, which until now have been almost exclusively determined by sieve analysis, faster, more accurately and in much finer graded continuously variable classes. The measuring device outputs the result immediately in the form of the recorded curve of the particle size distribution. In parallel, the result is available as an 8-bit BCD number, so that the measuring device can be coupled to a computer. The principle of the invention is based on the suppression of a repraesentativen section of sedimenting particles without disturbing the sedimentation of these particles themselves, when using a pure transit time measurement (Ueberschichtungsverfahren), the optoelectronic Zaehlung of these particles and an evaluation.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung grobdisperser Stoffsysteme, wie beispielsweise von Sanden und anderen Materialien für die Bauindustrie, groben Pulvern in der chemischen Industrie und anderen Stoffsystemen. Die Erfindung eignet sich sowohl im Labor als auch im Produktionsprozeß zur Qualitätsbestimmung bzw. -Überwachung.The invention relates to a device for determining the particle size distribution of coarse-particle material systems, such as, for example, sands and other materials for the construction industry, coarse powders in the chemical industry and other material systems. The invention is suitable both in the laboratory and in the production process for quality determination or monitoring.

Characteristic of the known technical solutions

Der derzeitige Stand der Technik bei Sedimentationsverfahren von Partikeln in Flüssigkeiten stellt sich im Schwerefeld u. a. gemäß Reuter, G.: „Gelände und Laborpraktikum der Bodenkunde", VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, Berlin 1967, 2., verbesserte Auflage, und in einem Kraftfeld gemäß DD G 01 N 15/04 203 152, wie folgt dar:The current state of the art in sedimentation of particles in liquids arises in the gravitational field u. a. according to Reuter, G .: "Terrain and Laboratory of Soil Science", VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, Berlin 1967, 2nd, revised edition, and in a force field according to DD G 01 N 15/04 203 152, as follows:

- Es wird Gleichverteilung der Partikel im Meßzylinder vorausgesetzt.- It is assumed uniform distribution of the particles in the measuring cylinder.

- Es sedimentiert ein Gemisch, da sich auf allen Fallhöhen alle Partikelgrößen befinden.- A mixture sediments, since all particle sizes are at all fall heights.

- Es werden 4 Methoden zum Ausmessen der sedimentierten Fraktionen angewendet. Das erfolgt durch Absaugen und anschließendes Wiegen, durch eingebaute Waage mit elektrischem Abgriff, durch eine Trübungsmessung und durch eine Dichtebestimmung mittels Anemometer.- 4 methods are used to measure the sedimented fractions. This is done by aspiration and subsequent weighing, by built-in balance with electrical tap, by a turbidity measurement and by a density determination by anemometer.

Dabei entstehen folgende Nachteile:The following disadvantages arise:

- Durch die relativ hohe Konzentration der Tejlchen findet eine gegenseitige Beeinflussung bei der Sedimentation statt.- Due to the relatively high concentration of Tejlchen a mutual influence takes place in the sedimentation.

- Die Anteile der einzelnen Partikelgrößen müssen aus der aufgenommenen Kurve erst errechnet werden.- The proportions of the individual particle sizes must first be calculated from the recorded curve.

- Bei der Absaugmethode entstehen Fehler durch Masseverluste, das Absaugen als zeitlicher Vorgang hat relativ große Spannweiten der einzelnen Fraktionen zur Folge.- In the extraction method errors due to mass loss, the suction as a temporal process has relatively large spans of the individual fractions result.

- Relativ große Partikeldurchmesser (z. B. 1 mm) können in Sedimentationsmedien geringer Viskosität auf Grund der hohen Sedimentationsgeschwindigkeit nicht bestimmt werden.Relatively large particle diameters (eg 1 mm) can not be determined in sedimentation media of low viscosity due to the high sedimentation rate.

- Die Herstellung der Gleichverteilung im Meßzylinder kann nicht überprüft werden. Es ist zu bezweifeln, daß sie in jedem Fall vorhanden ist.- The production of equal distribution in the measuring cylinder can not be checked. It is doubtful that it exists in any case.

- Bei Anwendung der Trübungsmessung hat der Extinktionskoeffizient einen unlinearen Einfluß auf das Meßergebnis.- When using the turbidity measurement, the extinction coefficient has a nonlinear influence on the measurement result.

- Die bekannten Meßeinrichtungen müssen nach jeder Messung für die nächste Messung vorbereitet, d. h. gesäubert werden.- The known measuring equipment must be prepared after each measurement for the next measurement, d. H. be cleaned.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, die Sedimentationsanalyse auf den Bereich grobdisperser Stoffsysteme (z. B. Partikelgrößen um 1 mm Durchmesser) bei Anwendung einfacher Sedimentationsflüssigkeit (z. B. Wasser) anwendbar zu machen, die Meßgenauigkeit zu erhöhen und das Verfahren zu automatisieren.The aim of the invention is to make the sedimentation analysis applicable to the field of coarsely disperse material systems (eg particle sizes of 1 mm diameter) using simple sedimentation fluid (eg water), to increase the measurement accuracy and to automate the process.

Explanation of the essence of the invention

Erfindungsgemäß wird die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von grobdispersen einkomponentigen Stoffsystemen durch Sedimentation in viskosen Stoffen durchgeführt, indem die in einem Sedimentieri ngsmedium geeigneter Viskosität die Partikel nach einer vorherigen Benetzung mit dem Sedimentierungsmedium in einem Kraftfeld freigegeben werden. Als Kraftfeld eignen sich das Gravitationsfeld der Erde oder ein durch Rotation erzeugtes Radialkraftfeld. Nach Freigabe der Sedimentationsbewegung erfolgt die Sedimentation in Abhängigkeit der bekannten Kenngrößen der Partikel und des Sedimentationsmediums. Nach Zurücklegung eines Sedimentationsweges der Partikel bewegen sich diese durch eine Strahlungsschranke mit großer Ausdehnung quer zur Bewegungsrichtung der sich bewegenden Partikel. Die dort durch die einzelnen Teilchen entstehenden Lichtimpulse bzw. Beleuchtungsstärkeveränderungen am Strahlungsempfänger werden in elektrische Impulse gewandelt und in jeweils kurzen, lückenlos aufeinanderfolgenden Zeitintervallen gezählt. Die Anzahl der in jedem Zählintervall gezählten Partikel wird registriert. Die Zeit, die vom Startzeitpunkt der Partikel bis zu Beginn eines Zählintervalls vergangen ist, wird ebenfalls registriert und der Partikelanzahl des jeweiligen zeitlichen Meßintervalls zugeordnet und in geeigneter Weise als Meßergebnis ausgegeben. Die Partikelbewegung wird erst in großer Entfernung vom Registrierungsort beendet.According to the invention, the determination of the particle size distribution of coarsely disperse one-component material systems by sedimentation in viscous substances is carried out by the appropriate in a sedimentation ngsmedium viscosity the particles are released after a previous wetting with the sedimentation in a force field. The force field is the gravitational field of the earth or a radial force field generated by rotation. After the sedimentation movement has been released, the sedimentation takes place as a function of the known characteristics of the particles and of the sedimentation medium. After covering a Sedimentationsweges the particles move through a radiation barrier with large extent transverse to the direction of movement of the moving particles. The resulting there by the individual particles light pulses or illuminance changes at the radiation receiver are converted into electrical impulses and counted in each case short, gapless successive time intervals. The number of particles counted in each counting interval is registered. The time that has elapsed from the start time of the particles to the beginning of a counting interval is also registered and assigned to the particle number of the respective time measurement interval and output in a suitable manner as a measurement result. The particle movement is stopped only at a great distance from the registration site.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Zylinder wird an einem definierten Ort zu einem definierten Zeitpunkt mit einem Probenzuführungsmechanismus 1 eine Probe eingegeben. Diese Probe sedimentiert entsprechend ihrer Partikelgrößenverteilung. In einer definierten Höhe befindet sich in diesem Zylinder an Stäben zur Höheneinstellung 2 ein optoelektronischer Sensor 3. Zur Gewährleistung der Ausblendung eines repräsentativen Ausschnittes aus den sedimentierenden Partikeln ist die Sondeneintrittsöffnung scharfkantig ausgeführt. Die durch diese Öffnung tretenden Partikel werden gezählt, die Fallzeit entspricht bei gegebener Fallhöhe den entsprechenden Partikelgrößen. Die empfindliche Sensorfläche ist in der Sonde so angeordnet, daß eine möglichst große horizontale Ausdehnung erreicht wird, um eine maximale Partikelanzahl zu erfassen. Dadurch genügt eine geringe Probenmenge und damit eine geringe Partikelkonzentration für die Durchführung der Messung. Um Koinzidenzen möglichst gering zu halten, wird von der lichtempfindlichen Fläche der verwendeten Fotodiode nur ein Spalt in horizontaler Richtung freigegeben 4. In Fig. 1 ist die Anordnung von Empfänger 5, Sender 6, der scharfkantigen Eintrittsöffnung 7, des Sensorträgers 8 und der Stäbe zur Höheneinstellung 2 zu sehen. Die von der Sonde kommenden Impulse werden in einem Verstärker 9 verstärkt und über einen Schwellwertschalter 10 auf Zähler 11 gegeben. Hier liegt die gezählte Partikelanzahl in der entsprechenden Meßzeit im BCD-Format vor und wird anschließend in Speicher 12 übernommen. An dieser Stelle ist der Anschluß eines Rechners 13 möglich. Im Meßgerät selbst wird der gespeicherte Wert auf einen D/A-Wandler 14 gegeben, der das Signal für den Schreiber 15 bereitstellt.In a cylinder filled with a liquid, a sample is introduced at a defined location at a defined time with a sample feeding mechanism 1. This sample sediments according to its particle size distribution. At a defined height, an optoelectronic sensor 3 is located in rods for height adjustment 2 in this cylinder. To ensure the masking out of a representative cutout from the sedimenting particles, the probe entry opening is made sharp-edged. The passing through this opening particles are counted, the fall time corresponds to the given height of fall corresponding particle sizes. The sensitive sensor surface is arranged in the probe so that the largest possible horizontal extent is achieved in order to detect a maximum number of particles. As a result, a small amount of sample and thus a low particle concentration is sufficient for carrying out the measurement. In order to minimize coincidences, only one gap in the horizontal direction is released from the photosensitive surface of the photodiode used. FIG. 1 shows the arrangement of the receiver 5, transmitter 6, the sharp-edged inlet 7, the sensor carrier 8 and the rods Height adjustment 2 to see. The pulses coming from the probe are amplified in an amplifier 9 and given to counter 11 via a threshold value switch 10. Here, the counted number of particles in the corresponding measurement time in BCD format and is then transferred to memory 12. At this point, the connection of a computer 13 is possible. In the meter itself, the stored value is applied to a D / A converter 14 which provides the signal to the writer 15.

Der elektronische Ablauf stellt sich wie folgt dar:The electronic process is as follows:

Rücksetzen der Zähler, Auslösen der Zählung, Übernahme des Ergebnisses nach der entsprechenden Zeit, die der Klassenbreite entspricht, in die Speicher, erneutes Rücksetzen der Zähler usw. Die Steuerung dieser Schrittfolge und deren zyklische Wiederholung wird durch eine Ablaufsteuerung 16 gewährleistet. Sie bewirkt auch, daß das Gerät nach dem Einschalten bzw. bei Eingeben einer neuen Probe, in den Grundzustand versetzt wird. Das Blockschaltbild der Meßeinrichtung ist in Fig. 2 zu sehen. Das Einbringen einer Probe erfolgt mit einem in Fig. 3 abgebildeten Probenzuführmechanismus. Um Benetzungsfehler zu vermeiden wird die Probe unterhalb der Sedimentationsfiüssigkeitsoberfläche freigegeben. Der Zulauf der Sedimentationsflüssigkeit in die Probenkammer wird über Kanäle 17 gewährleistet. Ein Stift 18 gewährleistet den Endanschlag für die Öffnungsklappe, über die Schrauben 19 wird die Höheneinstellung der Sonde arretiert. Gleichzeitig mit dem Einbringen der Probe in den Meßzylinder wird über einen Endlagenschalter 20 der Meßvorgang ausgelöst.Resetting the counters, triggering the count, taking the result after the corresponding time, which corresponds to the class width, into the memories, resetting the counters, etc. The control of this sequence of steps and its cyclic repetition is ensured by a sequencer 16. It also causes the device to be put into the initial state after switching on or entering a new sample. The block diagram of the measuring device can be seen in FIG. The introduction of a sample takes place with a sample delivery mechanism depicted in FIG. 3. To avoid wetting errors, the sample is released below the sedimentation liquid surface. The inflow of the sedimentation liquid into the sample chamber is ensured via channels 17. A pin 18 ensures the end stop for the opening flap, via the screws 19, the height adjustment of the probe is locked. Simultaneously with the introduction of the sample into the measuring cylinder, the measuring process is triggered via a limit switch 20.

Claims

Method for the automatic determination of the particle size distribution of coarsely dispersed one-component material systems by sedimentation in viscous substances, characterized in that the sedimenting particles move through a radiation barrier with large transverse to their direction expansion and the resulting there by the individual particles pulses in short, consecutive consecutive Time intervals are counted and the number and interval associated sedimentation time are registered.

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