SU807142A1

SU807142A1 - Device for particle-seze analysis of microparticles

Info

Publication number: SU807142A1
Application number: SU782665323A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Свинцов; Алексей Феликсович Зимин
Original assignee: Московский Технологический Институтмясной И Молочной Промышленности
Priority date: 1978-08-24
Filing date: 1978-08-24
Publication date: 1981-02-23

Description

1one

Изобретение относитс к приборам дл контрол параметров двухфазных потоков, например, в лини х пневматического транспорта сыпучих и порошкообразных материалов и может быть использовано в м сной и молочной промьииленности дл определени гранулометрического состава дисперсных пищевых продуктов. . .The invention relates to devices for monitoring two-phase flow parameters, for example, in the pneumatic transport lines of bulk and powder materials, and can be used in meat and milk production to determine the particle size distribution of dispersed food products. . .

Известно устройство дл определени количества и геометрических параметров анализируемых частиц, наход щихс в электролите, содержащее разделительную перегородку с лшкроотверстием , диаметр которого соизмерим с размерами частиц, по обе стороны перегородки расположены электроды, включенные в цепь источника посто нного тока. Ансшиэируемое вещество прокачиваетс через микроотверстие и. при прохозвдении частицы через него происходит изменение электрического сопротивлени межэлектрЬд 1ОГО промежутка , что приводит к по влению импульса напр жени , амплитуда которого пропорциональна объему частицы. Анализ числа импульсов и величины их амплитуд позвол ет определить количество и размеры частиц исследуемого вещества 1.A device for determining the quantity and geometrical parameters of the analyzed particles in the electrolyte, containing a dividing partition with an opening, the diameter of which is comparable with the size of the particles, is known. Electrodes are included on both sides of the partition and are connected to a circuit of a direct current source. The annealed substance is pumped through the pinhole and. when a particle is being programed through it, there is a change in the electrical resistance of the interelectronic gap of the first gap, which leads to the appearance of a voltage pulse, whose amplitude is proportional to the volume of the particle. Analysis of the number of pulses and the magnitudes of their amplitudes allows us to determine the number and size of the particles of the test substance 1.

Однако устройство не позвол ет вести непосредственный кЬнтроль за технологическим процессом, так как его необходимо устанавливать отдельно , соедин с соответствующим оборудованием подвода и отвода жидкости , что усложн ет измерение.However, the device does not allow direct control over the process, since it must be installed separately, connected to the appropriate equipment for supplying and discharging the liquid, which complicates the measurement.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс The closest in technical essence to the proposed is

0 устройство дл определени концентрации твердой фазы, наход щейс в жидкости , которое содержит измерительный блок и емкостной датчик, электроды которого расположены с внешней 0 a device for determining the concentration of a solid phase in a liquid, which contains a measuring unit and a capacitive sensor, the electrodes of which are located with an external

5 стороны капилл рного канала дл прохода исследуемой суспензии, причем дл достижени необходимой чувствительности внутренний диаметр капилл ра должен быть соизмерим с диаметром 5 of the side of the capillary channel for the passage of the tested suspension, and to achieve the required sensitivity, the internal diameter of the capillary must be commensurate with the diameter

0 миделеева сечени измер емых частиц. При прохождении твердой частицы межэлектродного пространства происходит .изменение емкости датчика, что вызы-, вает по вление импульса напр жени 0 mid-section of the measured particles. When a solid particle passes through the interelectrode space, a change in the capacitance of the sensor occurs, which causes the appearance of a voltage pulse.

5 в измерительной схеме, величина которого пропорциональна объему частиц5 in the measuring circuit, the value of which is proportional to the volume of particles

2J.2J.

Эксплуатаци устройства не обеспечивает требуемой точности и необходимого диапазона измерений. Кр ме того , устройство имеет невысокую чувствительность .Operation of the device does not provide the required accuracy and the required measurement range. In addition, the device has a low sensitivity.

Эти недостатки объ сн ютс тем, что известное устройство гранулометрического анализа микрочастиц в качестве чувствительного элемента содержит емкостной датчик, вл ющийс реальным конденсатором. Электрическо поле измерительного объема такого конденсатора, в отличие от идеального , не ограничено геометрическими размерами электродов датчика, а плавно уменьшаетс до нул на значительном рассто нии,от боковых граней электродо-з конденсатора. Ввиду этого измерительный объем датчика устройства имеет большую прот женность, что вл етс причиной возрастани веро тности одновременного попадани в него нескольких частиц. Наличие краевых эффектов приводит также к увеличению емкости измерительного обьеаМа и тем самым понижает чувствительность устройства. Кроме того, известное устройство пригодно дл анализа веществ с небольшим диапазоном дисперсности частиц. Это объ сн етс тем, что дл определени размеров микрочастиц используетс зависимость амплитуды от диаметра частиц, котора , как известно, вл етс кубической и при изменении диаметра микрочастиц , например от 1 микрометра до 40, величина амплитуды увеличитс в 64000, что приводит к запиранию усилител измерительного блока. В св зи с этим дл борьбы с ошибкой от совпадени частиц и увеличени точности результатов анализа, примен ютс специальные методы и устройства контрол , что значительно усложн ет и удорожает измерительную схему. К этому же приводит необходимость использовани нескольких датчиков с разными геометрическими параметрами электродов и межэлектродного пространства с соответствующими системами прокачки анализируемых веществ при гранулометрическом анализе веществ с большим диапазоном дисперсности частиц, что объ сн етс недостаточной разрешающей способностью известного устройства.These disadvantages are due to the fact that the known device for particle size analysis of microparticles as a sensitive element contains a capacitive sensor, which is a real capacitor. The electric field of the measuring volume of such a capacitor, in contrast to the ideal, is not limited by the geometric dimensions of the sensor electrodes, but gradually decreases to zero at a considerable distance from the lateral faces of the capacitor electrode-s. In view of this, the measuring volume of the sensor of the device is large, which causes an increase in the likelihood of several particles simultaneously entering it. The presence of edge effects also leads to an increase in the capacitance of the measuring object and, thus, reduces the sensitivity of the device. In addition, the known device is suitable for analyzing substances with a small range of dispersion of particles. This is due to the fact that to determine the size of the microparticles, the dependence of the amplitude on the particle diameter, which is known to be cubic, is used and when the diameter of the microparticles changes, for example, from 1 micrometer to 40, the amplitude increases to 64,000, which leads to locking measuring unit. In this connection, special methods and control devices are used to counter the error from particle coincidence and increase the accuracy of the analysis results, which makes the measuring circuit much more expensive and expensive. This also results from the need to use several sensors with different geometrical parameters of the electrodes and the interelectrode space with appropriate systems for pumping the analyzed substances for particle size analysis of substances with a large range of particle dispersion, which is explained by the insufficient resolution of the known device.

Цель изобретени - повышение чувствительности и упрощение измерительной схемы устройства, а также увеличение диапазона дисперсности анализируемых частиц.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and simplify the measuring circuit of the device, as well as increase the range of dispersion of the analyzed particles.

Поставленна цель достигаетс тем что емкостной датчик выполнен в виде трех пар электродов, из которых две крайние заземлены, причемширина всех электродов равна межэлектродному зазору, а рассто ние между двум крайними парами лежит в пределах 3,5-4 максимальных диаметров анализируемых частиц.The goal is achieved by the fact that the capacitive sensor is made in the form of three pairs of electrodes, of which two extreme grounded, and the width of all electrodes is equal to the interelectrode gap, and the distance between the two extreme pairs lies within 3.5-4 maximum diameters of the analyzed particles.

Установка двух пар вспомогательных заземленных электродов на рассто ниеInstall two pairs of auxiliary grounded electrodes at a distance

друг от друга не менее 3,5-4,0 максимального диаметра анализируемых частиц гарантирует линейное изменение длительностей импульсов сигналов в диапазоне измерени от минимального до максимального диаметра анализируемых частиц в соответстви-и с формулойfrom each other, at least 3.5-4.0 of the maximum diameter of the analyzed particles ensures a linear variation of the pulse durations of the signals in the measuring range from the minimum to maximum diameter of the analyzed particles in accordance with the formula

, ,

где tr - длительность импульсов сигналов;where tr is the pulse duration of the signals;

D - диаметр анализируемых частиц;D is the diameter of the analyzed particles;

К - коэффициент пропорциональности , завис щий от геометрических характеристик электродов датчика; С - посто нна , завис ща от ширины электродов датчика. Меньша величина рассто ни между вспомогательными электродами недопустима , так как при анализе частиц с диаметром большим, чем максимальный дл данного рассто ни , длительность импульса не возрастает в св зи с ограничением начала возникновени и окончани импульса сигнала в результате наличи заземленных вспомогательных электродов.K is the proportionality coefficient depending on the geometrical characteristics of the sensor electrodes; C is constant, depending on the width of the sensor electrodes. A smaller distance between the auxiliary electrodes is unacceptable, since when analyzing particles with a diameter larger than the maximum for a given distance, the pulse duration does not increase due to the limitation of the onset and end of the signal pulse due to the presence of grounded auxiliary electrodes.

: С другой стороны, установка вспомогательных электродов на рассто нии друг от друга не менее 3,54,0 максимального диаметра анализируемых частиц позвол ет сконцентрировать измерительный объем в небольшом пространстве за. счет замыкани на них силовых линий электрического пол электродов емкостного датчика, что позвол ет значительно уменьшить ошибку в результатах анализа от совпадени частиц. Кроме этого, уменьшение измерительного объема соответствует возрастанию объемной доли частиц,равной где VK - объем частицы;: On the other hand, setting the auxiliary electrodes at a distance of at least 3.54.0 from the maximum diameter of the analyzed particles from each other allows the measuring volume to be concentrated in a small space behind. the fact that the electric field of the electric field of the electrodes of the capacitive sensor is closed on them, which makes it possible to significantly reduce the error in the analysis results from the coincidence of the particles. In addition, a decrease in the measurement volume corresponds to an increase in the volume fraction of particles, equal to where VK is the volume of the particle;

V - измерительный объем. Как следует из формул дл диэлектрической проницаемости гетерогенных систем, например ВагнераV is the measuring volume. As follows from the formulas for the dielectric constant of heterogeneous systems, for example, Wagner

), ),

(2)(2)

где Е,Е, ,Е J - диэлектрические .проницаемости гетерогенной системы, среды и частиц Это приводит к сравнительному, по отношению к известному устройству увеличению Е, а следовательно и измерительной емкости при попадании частицы в .измерительный объем, что соответствует улучшению чувствительности предлагаемого устройства. Ширина измерительных электродов, равна межэлектродному рассто нию, обеспечивает такую же величину напр женности электрического пол в центргшьной части этих электродов, котора соответствует Нсшр женности и при отсутствии заземленных вспомогательных электродов. Так как зависимость длительности импульсов сигналов от диаметра частиц вл етс линейной, а чувствительность предлагаемого устройства выше, что позвол ет расширить диапазон измерений веществ.с большой дисперсностью анализируёАФЯх частиц, упростить обработку результатов анализа и измерительную схему.where E, E,, E J are dielectric. permeability of a heterogeneous system, medium and particles. This leads to a comparative increase in E in relation to the known device, and, consequently, to the measuring capacitance when a particle hits the measuring volume, which corresponds to an improvement in the sensitivity of the proposed device . The width of the measuring electrodes, equal to the interelectrode distance, provides the same magnitude of the electric field strength in the center part of these electrodes, which corresponds to the extension and in the absence of grounded auxiliary electrodes. Since the dependence of the pulse duration of the signals on the particle diameter is linear, and the sensitivity of the proposed device is higher, which makes it possible to expand the measurement range of substances with a high dispersion of particle analysis, to simplify the processing of the analysis results and the measuring circuit.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит емкостной датчик , образованный двум электродами 1, расположеиныдш с внешней стороны стенок канала 2, анализатор 3 длительностей импульсов, две пары вспомогательных заземленных электродов 4, которые установлены в п оскойти расположени электродов 1 емкостного датчика симметрично им и на рассто нии О один от:другого не.менее 3,5-4,0 максимального , диаметра анализируемых частиц; измерительна -схема включает кроме анализатора 3 длительностей импульсов , трансформаторный мост 5,усилитель 6 и многоканальной счетчик 7 частиц. Ширина электродов 1 емкостного датчика равна межэлектродному рассто нию h.The device contains a capacitive sensor, formed by two electrodes 1, located outside the channel 2 walls, an analyzer of 3 pulse durations, two pairs of auxiliary grounded electrodes 4, which are installed symmetrically in the location of the electrodes 1 of the capacitive sensor 1 and O from: another, not less than 3.5-4.0 maximum, diameter of the analyzed particles; The measuring circuit includes, in addition to the analyzer, 3 pulse durations, a transformer bridge 5, an amplifier 6 and a multichannel counter of 7 particles. The width of the electrodes 1 of the capacitive sensor is equal to the interelectrode distance h.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

По кансшу 2 с посто нной скоростью обеспечиваетс поочередна подача частиц в измерительный объем, образованный вспомогательными заземленными электродами 4 и электродами емкостного датчика. При попадании частиц в измерительный объем датчика происходит изменение его емкости, в результате чего трансформаторным мостом 5 формируетс импульс, длительность которого пропорциональна диаметру части цы, который усиливаетс усилителем 6By constant speed 2, particles are alternately fed into the measuring volume formed by the auxiliary grounded electrodes 4 and the electrodes of the capacitive sensor. When particles enter the measuring volume of the sensor, its capacitance changes, as a result of which a transformer bridge 5 forms a pulse, the duration of which is proportional to the diameter of the particle, which is amplified by amplifier 6

и анализируетс анализатором 3 длительностей импульсов. Определение количества импульсов определенной длительности производите; прл помощи многоканального счетчика 7.and analyzed by the analyzer 3 pulse durations. Determine the number of pulses of a certain duration; Multichannel counter support 7.

Расширение диапазона дисперсности, упрощение обработки результатов анализа приводит к увеличению производительности предлагаемого устройства. Упрощение измерительной схемы обеспечивает , в свою очередь, уменьшение стоимости устройства дл определени гранулометрического составу дисперсшлх веществ.;Expanding the range of dispersion, simplifying the processing of analysis results leads to an increase in the performance of the proposed device. The simplification of the measuring circuit provides, in turn, a reduction in the cost of the device for determining the particle size distribution of dispersed substances .;

5five

Claims

1. USSR author's certificate number 439744, cl. G ObN 27/02, 1970.

2. Zhukov (5.P. and Kulakov MV. High-frequency electrodeless conductometry. M., Energii, 1963j p. 6781 (irotype).