RU46099U1

RU46099U1 - DEVICE FOR DETERMINING DIMENSIONS AND CONCENTRATION OF PARTICLES OF COLLOID-DISPERSED SYSTEMS

Info

Publication number: RU46099U1
Application number: RU2005106843/22U
Authority: RU
Inventors: Д.С. Лычников; М.А. Положишникова; И.Н. Староверова
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2005-06-10

Abstract

Полезная модель относится к приборостроению и может быть использована в качестве контрольно-измерительного прибора для определения концентрации и размеров взвешенных в жидких средах частиц. Устройство состоит из измерительной кюветы 1, осветительного канала, включающего в себя лазер 6, поляризационный анализатор 7 и линзу 8, и измерительного канала с узлом регистрации 2. Измерительный канал состоит из микроскопа 4, диафрагмы 5 и поляризационного анализатора 3. Все элементы, входящие в состав соответствующего канала имеют единую оптическую ось. Направление оси проточного канала измерительной кюветы 1 может совпадать с оптической осью измерительного канала либо быть ей перпендикулярной. Оптические оси измерительного н осветительного каналов взаимно перпендикулярны. Введение в осветительный канал второго поляризационного анализатора 3 позволило повысить точность измерения и упростить эксплуатацию прибора за счет того, что появилась возможность замены окуляров микроскопа без дополнительной подстройки положений поляризатора.The utility model relates to instrumentation and can be used as a control and measuring device for determining the concentration and size of particles suspended in liquid media. The device consists of a measuring cell 1, a lighting channel including a laser 6, a polarizing analyzer 7 and a lens 8, and a measuring channel with a recording unit 2. The measuring channel consists of a microscope 4, aperture 5, and a polarizing analyzer 3. All elements included in the composition of the corresponding channel have a single optical axis. The direction of the axis of the flow channel of the measuring cell 1 may coincide with the optical axis of the measuring channel or be perpendicular to it. The optical axis of the measuring and lighting channels are mutually perpendicular. The introduction of the second polarization analyzer 3 into the illumination channel made it possible to increase the measurement accuracy and simplify the operation of the device due to the possibility of replacing the microscope eyepieces without additional adjustment of the polarizer positions.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в качестве контрольно-измерительного прибора, служащего для применения в кожевенной, текстильной и пищевой промышленности, где требуется контроль за состоянием частиц, взвешенных в жидкостях.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used as a control and measuring device for use in the leather, textile and food industries, where control over the state of particles suspended in liquids is required.

Известно устройство для определения концентрации и размеров частиц коллоидно-дисперсных систем, содержащее осветитель, формирующий в проточной измерительной кювете освещенную зону регистрации, и фоторегистратор, позволяющий получить информацию о состоянии частиц (1). Известное устройство позволяет измерить численную концентрацию частиц и их размеры, причем большие, чем длина волны видимого света, и рассортировать их по группам. Однако прибор характеризуется низкой точностью измерения.A device is known for determining the concentration and particle size of colloidal dispersed systems, comprising a illuminator forming an illuminated recording zone in a flow measuring cell and a photographic recorder that allows obtaining information about the state of the particles (1). The known device allows you to measure the numerical concentration of particles and their sizes, and larger than the wavelength of visible light, and sort them into groups. However, the device is characterized by low measurement accuracy.

Наиболее близким к данной полезной модели техническим решением является устройство для измерения размеров и концентрации частиц коллоидно-дисперсных систем, содержащее измерительную кювету с проточным каналом, осветительный канал, служащий для формирования в проточном канале освещенной зоны, и измерительный канал, в состав которого входят микроскоп, диафрагма и первый поляризованный анализатор, имеющие единую оптическую ось, а так же узел регистрации (2). Известное устройство позволяет выделить практически любую область диапазона размеров частиц (в пределах разрешающей способности прибора) и проводить измерения частиц, размеры которых меньше, чем длина волны видимого света в 25 раз. Однако исследования более мелких частиц ограничены данной точностью прибора, т.к. анализатор поглощает часть рассеянного света от частиц, в результате чего снижается их визуализация. Кроме того, при замене окуляра микроскопа требуется вставка и соответствующая подстройка устанавливаемого в нем нового поляризатора, что создает дополнительные сложности в подготовке к эксплуатации прибора.The technical solution closest to this utility model is a device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems, containing a measuring cell with a flow channel, an illumination channel, which serves to form an illuminated zone in the flow channel, and a measurement channel, which includes a microscope, the diaphragm and the first polarized analyzer having a single optical axis, as well as a recording unit (2). The known device allows you to select almost any region of the range of particle sizes (within the resolution of the device) and to measure particles whose sizes are less than the wavelength of visible light by 25 times. However, studies of smaller particles are limited by this accuracy of the device, because the analyzer absorbs part of the scattered light from the particles, as a result of which their visualization is reduced. In addition, when replacing the microscope eyepiece, an insert and an appropriate adjustment of the new polarizer installed in it is required, which creates additional difficulties in preparing for operation of the device.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данной полезной модели, является повышение точности измерения и упрощение процесса эксплуатации. Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения размеров и концентрации частиц коллоидно-дисперсных систем, содержащем измерительную кювету, осветительный канал, служащий для формирования в проточном канале измерительной кюветы освещенной зоны, измерительный канал, в состав которого входят микроскоп, диафрагма и первый поляризационный анализатор, имеющие единую оптическую ось, а так же узел регистрации (2), осветительный канал выполнен в виде лазера, линзы и второго поляризованного анализатора, совпадающие друг с другом оптические оси которых являются оптической осью осветительного канала, при этом оптическая ось измерительного канала может совпадать с направлением оси проточного канала измерительной кюветы, в этом случае оптическая ось осветительного канала ему перпендикулярна, либо оптическая ось осветительного канала может совпадать с направлением оси проточного канала измерительной кюветы, в то время, как оптическая ось измерительного канала ему перпендикулярна. В качестве лазера может быть использован твердотельный лазер с диодной накачкой, имеющий автономный источник питания. На Фиг.1 представлена конструкция устройства, в котором оптическая ось измерительного канала совпадает направлением оси проточного канала измерительной кюветы. На Фиг.2 представлена конструкция устройства, в котором оптическая ось измерительного канала перпендикулярна направлению оси проточного канала измерительной кюветы. Устройство (Фиг.1, 2) содержит измерительную кювету 1, по проточному каналу которой протекает исследуемая жидкость, осветительный канал и измерительный канал с подключенным к нему узлом регистрации 2. Измерительный канал состоит из первого поляризационного анализатора 3, микроскопа 4 и диафрагмы 5, оптические оси которых совпадают. Осветительный канал состоит из лазера 6, второго поляризационного анализатора 7 и линзы 8. Все узлы 6, 7, 8 установлены на одной оптической оси, являющейся оптической осью осветительного канала. Оптическая ось измерительного канала может совпадать с направлением оси проточного канала измерительной кюветы (Фиг.1), а оптическая ось осветительного канала в этом случае ему перпендикулярна. Оптическая ось осветительного канала может так же совпадать с направлением оси проточного канала измерительной кюветы, в этом случае оптическая ось измерительного канала ему перпендикулярна The technical result that can be achieved using this utility model is to increase the measurement accuracy and simplify the operation process. The technical result is achieved due to the fact that in the device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems containing a measuring cell, an illumination channel serving to form in the flow channel a measuring cell of the illuminated zone, a measuring channel, which includes a microscope, aperture and the first polarization analyzer having a single optical axis, as well as a recording unit (2), the lighting channel is made in the form of a laser, a lens and a second polarized analyzer, matching the optical axes of which are the optical axis of the illumination channel, the optical axis of the measuring channel may coincide with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell, in which case the optical axis of the lighting channel is perpendicular to it, or the optical axis of the lighting channel may coincide with the direction of the axis of the flow channel the channel of the measuring cell, while the optical axis of the measuring channel is perpendicular to it. As a laser, a diode-pumped solid-state laser having an autonomous power source can be used. Figure 1 shows the design of the device in which the optical axis of the measuring channel coincides with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell. Figure 2 shows the design of the device in which the optical axis of the measuring channel is perpendicular to the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell. The device (FIGS. 1, 2) contains a measuring cell 1, through the flow channel of which the test liquid flows, a lighting channel and a measuring channel with a recording unit 2 connected to it. The measuring channel consists of the first polarization analyzer 3, a microscope 4 and a diaphragm 5, optical whose axes coincide. The lighting channel consists of a laser 6, a second polarization analyzer 7 and a lens 8. All nodes 6, 7, 8 are mounted on one optical axis, which is the optical axis of the lighting channel. The optical axis of the measuring channel may coincide with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell (Figure 1), and the optical axis of the lighting channel in this case is perpendicular to it. The optical axis of the lighting channel can also coincide with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell, in which case the optical axis of the measuring channel is perpendicular to it

(Фиг.2). В качестве лазера предпочтительнее использовать твердотельный лазер с диодной накачкой, имеющий автономный источник питания, например, лазерный модуль LCM-T-серии. Сфокусированный линзой 8 пучок поляризованного монохроматического когерентного света, излучаемого лазером 6, направляется через поляризационный анализатор 7 на измерительную кювету 1, формируя в ее проточном канале освещенную зону. Свет, рассеянный частицами, которые находятся в жидкости, протекающей через освещенную зону проточного канала. поступает в микроскоп 4. Пройдя через диафрагму 5, рассеянный частицами свет проходит через поляризационный анализатор 3 и регистрируется узлом регистрации, работа которого основана на фотометрическом методе подсчета. Поляризаторы 3 и 7 могут вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Так как свет от каждой частицы, попадающий в микроскоп 4, поляризован, то при совпадении плоскости колебаний света и главных плоскостей анализаторов интенсивность рассеянного света, прошедшего через анализаторы 3 и 7 минимальна. При увеличении этого угла путем вращения анализаторов интенсивность регистрируемой «вспышки» света от частицы уменьшается. В соответствии с законом Малюса при некотором значении угла поворота интенсивность рассеянного частицей света, прошедшего через анализаторы, становится минимальной, а частица - невидимой. Пропуская через установку разные монодисперсные системы с заранее известными величинами частиц, можно определить «шкалу размеров частиц», т.е. связать радиус частиц с углом поворота анализаторов.(Figure 2). As a laser, it is preferable to use a diode-pumped solid-state laser having an autonomous power source, for example, an LCM-T-series laser module. A beam of polarized monochromatic coherent light emitted by a laser 6 focused by a lens 8 is directed through a polarization analyzer 7 to a measuring cell 1, forming an illuminated zone in its flow channel. Light scattered by particles that are in a fluid flowing through the illuminated area of the flow channel. enters the microscope 4. After passing through the diaphragm 5, the light scattered by the particles passes through the polarization analyzer 3 and is registered by the registration unit, whose operation is based on the photometric method of counting. Polarizers 3 and 7 can rotate both clockwise and counterclockwise. Since the light from each particle entering the microscope 4 is polarized, when the plane of light oscillations coincides with the principal planes of the analyzers, the intensity of the scattered light passing through the analyzers 3 and 7 is minimal. When this angle is increased by rotation of the analyzers, the intensity of the recorded “flash” of light from the particle decreases. In accordance with the Malus law, at a certain angle of rotation, the intensity of the light scattered by a particle passing through the analyzers becomes minimal, and the particle becomes invisible. By passing through the installation various monodisperse systems with previously known particle sizes, one can determine the “particle size scale”, i.e. associate the particle radius with the angle of rotation of the analyzers.

Для определения концентрации частиц задают определенную скорость протекания раствора и подсчитывают количество «вспышек» (частиц) в единице объема, например, одной капле. Изменение взаиморасположения измерительных и осветительных каналов позволяет использовать стандартные конструкции микроскопов без разработки специальных закрепляющих станин, держателей окуляра и объективов, т.е. упростить эксплуатацию прибора.To determine the concentration of particles, a certain solution flow rate is set and the number of “flashes” (particles) per unit volume, for example, one drop, is calculated. Changing the relative position of the measuring and lighting channels allows the use of standard microscope designs without the development of special fixing frames, eyepiece holders and lenses, i.e. simplify the operation of the device.

Введение второго поляризованного анализатора позволяет производить регистрацию более крупных частиц и таким образом повысить точность измерения на 10-20% при одновременном упрощении процесса эксплуатации, не требующем подстройки положения поляризатора при установке нового окуляра в микроскоп.The introduction of a second polarized analyzer allows the registration of larger particles and thus increases the measurement accuracy by 10-20% while simplifying the operation process, which does not require adjusting the position of the polarizer when installing a new eyepiece in a microscope.

Устройство можно использовать для контроля состояния дисперсных сред, используемых в пищевой промышленности для изготовления вина, пива, соков.The device can be used to monitor the state of dispersed media used in the food industry for the manufacture of wine, beer, juices.

Составитель описания: Лычников Д.С.Compiled by description: Lychnikov D.S.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

1. Акопов 3.А. И др. «Автоматический поточно-ультрамикроскопический анализатор количества и размеров взвешенных частиц в жидких средах», ж. «Приборы и системы управления», вып.5, 1973 г.1. Akopov 3.A. And others. "Automatic flow-ultramicroscopic analyzer of the quantity and size of suspended particles in liquid media", g. "Devices and control systems", issue 5, 1973

2. Авторское свидетельство СССР 673891, G 01 N 15/02, 1978 г.2. Copyright certificate of the USSR 673891, G 01 N 15/02, 1978

Claims

1. A device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems, containing a measuring cell, an illumination channel that serves to form an illuminated zone in the flow channel of the measuring cell, a measuring channel that includes a microscope, aperture and a first polarizing analyzer having a single optical the axis, which is the optical axis of the measuring channel, as well as the recording unit, characterized in that the lighting channel is made in the form of a laser, a lens and a second polarizing anal isator, the optical axes of which coincide with each other are the optical axis of the illumination channel.

2. A device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems according to claim 1, characterized in that the optical axis of the measuring channel coincides with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell, and the optical axis of the lighting channel is perpendicular to it.

3. The device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems according to claim 1, characterized in that the optical axis of the lighting channel coincides with the direction of the axis of the flow channel of the measuring cell, and the optical axis of the measuring channel is perpendicular to it.

4. A device for measuring the size and concentration of particles of colloidal dispersed systems according to claim 1, characterized in that a diode-pumped solid-state laser having an autonomous power source is used as a laser.