DE2034378C2 - Vorrichtung zur Bestimmung von Rechenwerten für die Korngrößenverteilungskurve eines Pulvers - Google Patents

Description

F₄ = KOnSt. X Ν_Γπ(α_;)² J% (-

^Ji\~—f~ ~·Μ—rf—J^--M—J? Ir ^Μ

— wobei i und k positive ganze Zahlen zwischen 1 und π sind,

— rf, t und d_{2 k} der Innen- und der Außendurchmesser des Ä-ten Rings sind, wobei jeder Ring von allen anderen, von der Vereinigung und der Schnittfläche mehrerer anderer Ringe deutlich unterschieden ist,

— λ die Wellenlänge des Lichts,

— / die Brennweite des optischen Systems

— J₀ die ßesselfunktion der Ordnung 0 und

— J_x die BesselfuTiktion ~*ir Ordnung 1 ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle -aralleles Licht (5) liefert und die Pulverprobe (1) zwischen der Quelle und dem optischen System (4) liegt.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach üem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches es gestattet, in einer pulverförmigen Mischung von Körnern den Prozentsatz von Körnern vorgegebener Abmessungen zu bestimmen. Das Verfahren ist insbesondere anwendbar auf die Untersuchung einer pulverförmigen trockenen Mischung. In zahlreichen Fallenlassen sich Körner an Kugeln oder Scheiben mit verschiedenen Durchmessern assimilieren. Die Körner können auch als Suspension in einer transparenten Trägerflüssigkeit vorliegen, oder als Abstrich auf einer Glasplatte.

Aus der Zeitschrift »Applied Optics«. Vol. 5, Nr. 5. Mai 1966, Seite 839 ff. ist ein Verfahren zur Messung des Durchmessers eines Teilchens oder zur Messung des mittleren Durchmessers einer Körnchenprobe bekannt, deren Durchmesser sich wenig voneinander unterscheiden. Hierbei wird die Winkelverteilung der von einem Diffraktionsnetz diffundierten Lichtintensität gemessen. wobei das Teilchen bzw. die Körnehenprobe mit monochromatischem Licht beleuchtet wird. Bei diesem Verfahren ergibt sich also nur ein mittlerer Wert für den Körnchendurchmesser, nicht aber eine Korngrößen-Verteilungskurve.

Weiter ist aus der Zeitschrift »Analytical Chemistry«. Vol.39, Nr. 6, Mai 1967, Seite 628 ff. ein Verfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilungskurve eines Pulvers mit Hilfe von Röntgenstrahlen bekannt, deren Intensität in Abhängigkeit vom Diffusionswinkel gemessen wird.

Auch die Verwendung von monochromatischem Licht für die Ermittlung der Korngröße ist bekannt, z. B. aus der US-PS 29 69708. Hierbei wird die Körnchenprobe in verschiedene Stellungen bezüglich des Lichtstrahls gebracht und dann der auf eine Fotozelle fallende Lichtstrom in den verschiedenen ProbenstellungeD gemessen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die leichte, schnelle und genaue Ermittlung der Verteilung einer Anordnung von kleinen Teilchen abgerundeter Form als Funktion ihnis Radius gestattet, d.h. die Bestimmung ihrer granulometrischen Kurve, bzw. der Kurve ihrer Korngrößenverteilung. Diese Aufgabe wird durch die beanspruchte Vorrichtung gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Kurve, welche die Anzahl N der Teilchen als Funktion ihres Radiusa darstellt,

Fig. 2 ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Veränderungen der Lichtintensität an einem Punkt eines Beugungsflecks mit Kreisstruktur als Funktion des Abstandes dieses Punktes vom Mittelpunkt des Flecks darstelk.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel der granulometrischen Kurve, die punktweise bestimmt werden soll. Nj ist die Anzahl der Teilchen mit dem Radius σ,, welche einen Bestandteil des üiitersuchten Gemisches bilden, /' ist eine Zahl, welche nacheinander die Werte der ganzen Zahlen zwischen 1 und einer fest vorgegebenen Zahl η annimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Kenntnis des Prozentsatzes der Körner mit dem Radius α,, d. h.

₇₌?L-,_mit'£ JV₁.= 100

Σ ν, ^i=I

Es ist offensichtlich, daß die bestimmte Kurve sich der wirklichen Verteilungskurve um so mehr nähen, je größer die Zahl π gewählt ist.

Da sich der Benutzer insbesondere für diese oder jene Kategorie von Teilchen interessieren kann, wählt man im voraus «-Werte des Radiusa: a,, a, ... a„.

Nach der Darstellung der Fig. 2 läßt sich die Vorrichtung folgendermaßen anwenden.

Man beleuchtet ein optisches System 4, beispielsweise eine Linse mit der Brennweite./; mit Hilfe eines Lichtbündels 5 aus einer parallelen und monochromatischen Strahlung, die von einem Laser-Generator ausgesandt werden kann. Eine Probe 1 des zu untersuchenden Gemisches kann zwischen zwei Glasplatten 2 und 3 angeordnet und in der Pupille der Linse4 plaziert werden.

In einer Brennebene dieser Linse erscheint ein Beugungsfleck mit Kreisstruktur, welcher beispielsweise zu demjenigen analog sein kann, dessen Lichtintensitätsverteilung/als Funktion eines Radius/· in der Fig. 3 dargestellt ist. I₁. I₁ ■ ■ ■ I_n, sind die Intensitätswerte, welche jeweils den Radien r,. V₁ ... r_m zugeordnet sind. DanaQh mißt man in der Brennebene der Linse4 den Lichtstrom in diesem Beugungsfleck. Gemäß der Erfindung erfolgt die Bestimmung der η gesuchten Werte /V, durch eine spezielle Untersuchung dieses Beugungsflecks. Es genügt in der Tat, nacheinander den Lichtstrom zu messen, welcher η konzentrische Ringe des Beugungsflecks beleuchtet, welche in der folgenden Weise ausgewählt sind:

Oberfläche des durch die Rotation der Zone der Oberfläche^ um den Mittelpunkt des Beugungsflecks erzeugten Ringes ist.

Die gesuchten Werte W₁- erhält man durch Auflösung eines Systems von η linearen Gleichungen mit η Unbekannten der Form:

/•■i-Konst. X" NrK-(O₁Y fjg (^j^A

π-α,ά_ζ

Der innere Durchmesserr/, _t und der äußere Durchmesser d_{2 t} des k-len Ringes sind beliebig, wobei Ar eine Zahl bezeichnet, welche nacheinander sämtliche Werte der ganzen Zahlen zwischen 1 und ;; annimmt, einer der Ringe kann nicht identisch sein mit der »Vereinigung« von mehreren verbundenen Ringen oder mit der »Überschneidung« von zwei verbundenen Ringen.

Beispielsweise kann d_{2 k} mit d_lk+ , verwechselt sein, und zwar bei beliebigem k, wobei die Differenz d_{2 k}—d_{l k} konstant sein kann oder nicht.

Gemäß einer Anwendungsform der Vorrichtung ordnet man nacheinander in der Brennebene der Linse ringförmige Blenden an, weiche die oben genannten Bedingungen berücksichtigen, welche bei 6 in der Fig. 2 dargestellt sind. Man mißt den Lichtstrom F_k, weicher durch die K-Ie Blende hindurchgeht, und zwar mit Hilfe eines photoempfindlichen Detektors 7.

Gemäß einer weiteren Anwendungsform der Vorrichtung untersucht man den Beugungsfleck mit Hilfe einer Photozelle kleiner Abmessung, indem man längs einem Radius des Flecks« verschiedene Zonen wählt und den Lichtstrom/_A- mißt, weicher die Oberfläche s_k jeder Zone

beleuchtet. Den oben definierten Lichtflußf_t erhält man . _{r a}_

_s somit alle Elemente, um das obengenannte Gleichungs-

sodann ausJ_K durch Multiplikation mit —, wobei S_k die 25 system sehr schnell aufzulösen.

J₀ bezeichnet die Bessel-Funktion der Ordnung C, J₁ bezeichnet die Bessel-Funktion der Ordnung 1 und λ ist die Wellenlänge des Beleuchtungsbündels.

Die Koeffizienten der Veränderlichen Nj können ein für allemal bestimmt werden, wobei o„ t/, _t und d_{2 k} festgelegt .s;nd. Diese Koeffizienten können im Speicher eines Rechners 8 gespeichert werder Diesel empfangt von der Zeile? ein Signal, weiches den? LichtstromF_k entspricht, der von der Zelle empfangen wird und besitzt it ll Elt d b Glih

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Korngrößenverteflungswerte eines Pulvers aus abgerundeten Körnern, mit einer Quelle monochromatischen Lichts, das auf die Pulverprobe gerichtet ist, und mit einem optischen Konzentrationssystem, in dessen Brennebene ein Beugungsfleck gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mittel(7) zur Messung der Lichtstärke des Flecks in η konzentrischen Ringen vorgesehen sind und daß diese Meßwerte F_t in einen Rechner (8) eingegeben werden, der η lineare Gleichungen mit π Unbekannten /V, löst, der Form '*