SU1718065A1 - Способ инфракрасной влагометрии сыпучих материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике исследовани  физических свойств веществ и касаетс  способа измерени  малых концентраций влаги в сыпучих материалах. Цель изобретени  состоит в повышении чувствительности и точности измерени . Исследуемое вещество размещают в кювете и обезгаживают при давлении 20 - 30 мм рт.ст. и температуре 20°С. Затем над поверхностью исследуемого материала и зеркальной поверхностью дна кюветы с помощью двух полых зеркальных полусфер одинакового радиуса осуществл ют многократное взаимодействие вводимых в каждую полусферу пучков инфракрасного излучени  равной интенсивности с исследуемым материалом и зеркальной поверхностью и по измеренному отношению их интенсивностей на выходе устройства определ ют влажность материала.2 ил. СО с

Description

Изобретение относитс  к технике исследовани  физических свойств веществ и касаетс  способа измерени  малых концентраций влаги в твердых и сыпучих материалах .

Известен многоволновый способ измерени  влажности капилл рно-пористых и дисперсных материалов, основанный на облучении исследуемого образца инфракрасным излучением с фильтрацией через смесь жидкой воды толщиной 1-2 мм и без нее. Способ применим дл  измерени  только больших концентраций влаги.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  многоволновый способ измерени  влажности материалов, включающий облучение инфракрасными излучением исследуемого материала, и регистрацию интенсивности отраженного излучени  материала, и регистрацию интенсивности отраженного излучени  и ее сравнение с интенсивностью излучени , отраженного от эталона - сухого материала.

Недостатком этого способа  вл етс  низка  чувствительность в области малых влагосодержаний.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  в области концентраций влаги не более 0,1 %.

На фиг.1 приведена схема устройства дл  реализации способа измерени  влажности сыпучих материалов; на фиг.2 - градуи- ровочные кривые.

00

о о ел

Устройство содержит источники 1 и 2 инфракрасного излучени , систему диафрагм 3 - 6, и окно 7 в герметичной камере, выполненной в виде полусферы 8 с зеркальной поверхностью, в экваториальной плоскости которой расположена кювета 9 дл  размещени  исследуемого материала 10. Кювета выполнена с дном в виде зеркала 11. Устройство содержит вторую полусферу 12 с зеркальной поверхностью и окном 13, расположенным на оси системы диафрагмы. В полусферах соответственно выполнены окна 14 и 15, через которые выход т пучки излучени , и линзами 16 и 17 собираютс  на приемниках 18 и 19 излучени , с которых электрические сигналы поступают на усилители 20 и 21 и регистрируютс  на ленте двухканального электронного потенциометра 22. Устройство снабжено вакуумной системой , состо щей из вакуум-провода 23 и насоса 24.

Способ осуществл ют следующим образом .

С помощью насоса 24 через вакуумпро- вод23 производ т вакуумирование исследуемого образца. Затем включают источник ИК-излучени . Излучение от источника 1 проходит через диафрагмы 3, 4 и окно 7 попадает на исследуемый материал 10, размещенный в кювете 9.

Излучение после многократного взаимодействи  с веществом и многократного отражени  от зеркальной поверхности полусферы 8 выходит через окно 14 и линзой 16 собираетс  на приемник 18 излучени . Сигнал с выхода приемника поступает на усилитель 20 и затем регистрируетс  на ленте двухканального электронного потенциометра 22.

Излучение от источника 2 проходит через диафрагмы 5 и 6, с помощью которых формируют пучок ИК-излучени  с интенсивностью , равной интенсивности пучка ИК-излучени  от источника 1. Пучок излучени  проходит через окно 13 и попадает на зеркало 11. После многократного отражени  от зеркала 11 и поверхности полусферы 12 излучение проходит через окно 15 и линзой 17 собираетс  на приемник 19 излучени . Ток с выхода приемника поступает на усилитель 21, а потом - на ленту электронного потенциометра 22.

Способ измерени  малых концентраций влаги сыпучих материалов по сн етс  следующим.

Дл  сыпучих материалов характерна капилл рно-пориста  структура. Она поглощает влагу из воздуха. Влагообмен между материалом и воздухом прекращаетс  при достижении гигротермического равновеси . При данной температуре Т условие гигротермического равновеси  описываетс  выражением

Г

2 а , RT

Го

/

Vi

О)

где Рг и Ро - давлени  насыщенных паров над искривленной и плоской поверхно- ст ми соответственно;

а - поверхностное нат жение на искривленной поверхности жидкости;

г0 - радиус капилл ра;

Vi - мол рный объем конденсирован- ной фазы;

R - газова  посто нна .

Равновесна  концентраци  влаги в сыпучих материалах определ етс  влагосо- держанием в воздухе и физическими свойствами материалов. Например, дл  порошков кобальта и вольфрама она составл ет 0,2%, а дл  окиси алюмини  - 0,3%. При данных концентраци х равновесной влаги и радиуса капилл ров 1 мкм давле- ние насыщенных вод ных паров в капилл рах составл ет 100 мм рт.ст.

Сыпучие материалы кроме равновесной влаги содержат еще и влагу, обусловленную мономолекул рной абсорбцией из воздуха и удерживаемую химическими св з ми. Концентраци  этой влаги не превышает 0,1 %. Дл  ее определени  необходимо удал ть из исследуемых материалов равновесную влагу. Это достигают путем вакуумировани  исследуемого образца .

Экспериментально установлено, что

дл  комнатной температуры Т 20°С при

вакуумировании исследуемого образца до

30 мм рт.ст и менее равновесна  влага из

него полностью удал етс ,

В образце остаетс  только влага, обусловленна  мономолекул рной абсорбцией из воздуха, которую и необходимо изме- р ть. Так, при давлении 30 мм.рт.ст, и менее влажность порошковых материалов кобальта , вольфрама и окиси алюмини  оставалась посто нной, равной 0,10 ±0,05%. Чтобы уменьшать врем  на определение влажно- сти порошковых материалов, их вакуумирование практически провод т при давлении 30 - 20 мм рт.ст.

55

Р 1)1/(),

(2)

где U - пропускна  способность вакуум- провода в л/с;

I - длина вакуумпровода в см; d - диаметр вакуумпровода в см;

Р - среднее давление паров в мм рт.ст.

После вакуумировани  образец облучают лучком ИК-излучени . При взаимодействии ИК-излучени  с веществом часть энергии поглощаетс  материалом и молекулами воды, а больша  часть - рассеиваетс  в пространство, ограниченное полусферой. Световые лучи, достигшие внутренней поверхности полусферы, отражаютс  от нее и вторично попадают на исследованный материал . При вторичном взаимодействии их с веществом часть энергии будет поглощатьс , а остальна  рассеиваетс . В результате из полусферы будет выходить пучок ИК-излучени , ослабленный по интенсивности. Второй пучок ИК-излучени  ввод т в другую полусферу. После многократного отражени  от зеркальных поверхностей дна кюветы и полусферы он выходит из нее. По измеренному отношению интенсивностей пучков ИК-излучени  на выходе из полусфер определ ют влажность материала.

В отличие от известного способа измерени  влажности, в-котором градуирование устройства провод т по отношению к сухому материалу, в данном способе градуирование устройства провод т по отношению к зеркальной поверхности дна кюветы, ибо при концентрации влаги 0,1% пон тие сухой материал тер ет смысл.

При градуировании устройства измер ют интенсивность пучков И К-излучени  на выходе полусферы 8 lo, ослабленного в результате многократного взаимодействи  с

исследуемым материалом с наперед заданной влажностью W. По этим данным и значению интенсивности пучка ИК-излучени  на выходе полусферы 12, ослабленного при

многократном отражении, стро т градуиро- вочную кривую IB/IO f(W).

На фиг.2 приведены градуировочные кривые устройства дл  измерени  влажности порошковых материалов кобальта 25,

окиси вольфрама 26, окиси алюмини  27 и вольфрама 28.

Влажность исследуемого образца определ ют по отношению измеренных интенсивностей пучков ИК-излучени  на выходе

полусфер 8 и 12 и поградуировочной кривой IB/IO d(W) дл  данного материала наход т численные значени .

Предлагаемый способ позвол ет значительно улучшить технику инфракрасной влагометрии .

Claims (1)

1. .Формула изобретени 

   Способ инфракрасной влагометрии сыпучих материалов, включающий облучение

   исследуемого образца инфракрасным излучением и регистрацию интенсивности отраженного излучени  после многократного взаимодействи  его с веществом, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   точности измерени  в области концентраций влаги не более 0,1 %, исследуемый образец перед измерением вакуумируют по крайней мере до давлени  30 мм рт.ст, при температуре 20°С.

   8Ж

   1,0

   1в110 отн.един

   0,9

   0,8

   JL

   0

   JL

   (Риг г

   к%