SU879430A1

SU879430A1 - Device for microparticle granulometric analysis

Info

Publication number: SU879430A1
Application number: SU792837285A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Свинцов; Игорь Львович Аксельрод; Анатолий Николаевич Верещагин
Original assignee: Московский технологический институт мясной и молочной промышленности
Priority date: 1979-11-06
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1981-11-07

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МИКРОЧАСТИЦ Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности дл определени гранулометрического состава микрочастиц загр знений в нефтепродуктах, а так п других област х техники, где т буетс определ ть гранулометрически состав механических частиц. Известно устройство с кондуктометрическим датчиком, используемое дл определени количества и размеров частиц по величине амплитуды им пульсов напр жени , возникающих вследствие изменени электрического сопротивлени измерительного канала при прохоиодении через него анализируемой суспензии или эмульсии ij. Такое устройство содержит сосуд с двум электродами, между которыми расположена перегородка с отверстием , систему прокачки через это отверстие а;нализируемого вещества и измерительный блок, состо щий из усилител , дискриминатора и счетчика импульсов. Однако такое устройст во не позвол ет определ ть гранулометрический состав частиц, неодноро ных по своим электрофизическим свой ствам ввиду того, что величина амплитуды импульса напр жени сигнала зависит как от электрофизических (электропроводности, так и от геометрических параметров частиц. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл гранулометрического анализа микрочастиц, содержащее емкостной датчик, электроды которого расположены с внешней стороны капилл рного канала,по которому проходит анализируемое вещество, соединенньлй с емкостным датчиком усилитель импульсов напр жени и амплитудный анализатор. Прохождение частиц вещества через емкостной датчик вызывает изменение его емкости, пропорциональное обьему частицы, что приводит к по влению импульса в измерительном блоке. С помощью амплитудного анализаторарегистрируетс функци распределени импульсов по г мплитудам , что позвол ет определить гранулометрический состав микрочастиц . Однако известйое устройство позвол ет определить гранулометрический состав только однородных по своему электрофизическому свойству частиц, В случае гранулометрического анеши(54) DEVICE FOR GRANULOMETRIC ANALYSIS OF MICROPARTICLES The invention relates to a measurement technique and can be used in the refining industry to determine the particle size distribution of microparticles of contaminants in petroleum products, as well as in other areas of technology where it is necessary to determine the particle size distribution of mechanical particles. A device with a conductometric sensor is known that is used to determine the number and size of particles by the magnitude of the amplitude of voltage pulse arising due to a change in the electrical resistance of the measuring channel when the analyzed suspension or emulsion ij passes through it. Such a device comprises a vessel with two electrodes, between which there is a partition with an opening, a system for pumping through this opening a; a substance being analyzed; and a measuring unit consisting of an amplifier, a discriminator and a pulse counter. However, such a device does not allow determining the particle size distribution of particles that are not uniform in their electrophysical properties due to the fact that the magnitude of the amplitude of the signal voltage pulse depends both on the electrophysical (electrical conductivity and on the geometric parameters of the particles). An entity is a device for particle size analysis of microparticles containing a capacitive sensor, the electrodes of which are located on the outside of the capillary channel through which An analyte connected to a capacitive voltage pulse amplifier and amplitude analyzer. The passage of particles through a capacitive sensor causes a change in its capacitance, which is proportional to the particle, resulting in a pulse in the measuring unit. The amplitude analyzer g is detected by the amplitude analyzer. the size, which allows to determine the particle size distribution of the microparticles. However, the lime device allows to determine the particle size distribution only particles homogeneous in their electrophysical properties, In the case of particle size distribution

за многокомпонентного вещества, когда необходимо определить гранулометрический состав микрочастиц отдельны компонентов, отличающихс по своим электрофизическим свойствам, данное устройство не может быть применено. Это объ сн етс тем, что величина амплитуды импульса сигнала зависит как от электрофизических свойств частицы, так и от ее размера. В случае гранулометрического анализа разнородных микрочастиц, например, диэлектриков и проводников, величина амплитуды импульса сигнала от провод щих частиц малого диаметра может быть соизмеримой .или превышать амплитуду импульса сигнала от диэлектрических частиц большого диаметра, что объ сн етс большими значени ми электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) частиц проводника.for a multicomponent substance, when it is necessary to determine the particle size distribution of microparticles, separate components that differ in their electrophysical properties, this device cannot be used. This is due to the fact that the magnitude of the amplitude of a signal pulse depends on both the electrical and physical properties of the particle and its size. In the case of particle-size analysis of dissimilar microparticles, for example, dielectrics and conductors, the magnitude of the pulse amplitude of a signal from conducting particles of small diameter can be comparable. Or exceed the amplitude of a pulse of a signal from dielectric particles of large diameter, which is explained by large values of electrophysical parameters (dielectric constant a) conductor particles.

Вместе с тем нередки задачи одновременного определени гранулометричеких характеристик нескольких классов частиц, содержащихс в веществе, как например, определение гранулометрического состава металлических частиц , вл ющихс продуктами коррозионного износа оборудовани , частиц механических загр знений, таких как песок, вл ющихс диэлектриками, а также воды, которые попадают в нефтепродукты в процессе их переработки и транспортировки. Проведение такого рода анализа обусловлено необходимостью соблюдени норм, в соответствие с ГОСТами, на содержание этих частиц в нефтепродуктах дл обеспечени безопасной работы двигателей , использующих данные нефтепродукты в качестве топлива и смазочных масел.At the same time, the tasks of simultaneously determining the particle-size characteristics of several classes of particles contained in a substance, such as determining the particle size distribution of metal particles that are products of corrosion wear of equipment, particles of mechanical impurities, such as sand, which are insulators, and water, are not rare. which get to oil products in the course of their processing and transportation. This kind of analysis is due to the need to comply with the standards, in accordance with GOST, on the content of these particles in petroleum products to ensure the safe operation of engines that use these petroleum products as fuel and lubricating oils.

Целью насто щего изобретени вл етс осуществление гранулометрического анализа неодинаковых по своим электрофизическим свойствам микрочастиц , вход щих в состав многокомпонентного вещества, и расширение таким образом, области применени устройства.The purpose of the present invention is to carry out a particle size analysis of microparticles that are different in their electrophysical properties, which are part of a multicomponent substance, and thus expanding the field of application of the device.

Поставленна цель достигаетс тем что в устройстве дл гранулометрического состава микрочастиц, дополнительно введены схема идентификации частиц, дискриминатор и схема И, причем выход усилител импульсов напр жени соединен со входом схемы идентификации частиц, первый выход которой подключен к одному из входов схемы И, к-другому входу которой через дискриминатор, подключен второй выход схемы идентификации частиц при этом выход схемы И подсоединен ко входу амплитудного анализатора.The goal is achieved by the fact that in the device for the particle size distribution of microparticles, an additional particle identification circuit, a discriminator and an AND circuit are introduced, with the output of the voltage pulse amplifier connected to the input of the particle identification circuit, the first output of which is connected to one of the inputs of the AND circuit. the input of which is through a discriminator; a second output of the particle identification circuit is connected; the output of the AND circuit is connected to the input of the amplitude analyzer.

Общий вид устройства представлен на чертеже.General view of the device shown in the drawing.

Устройство содержит стабилизиро-ванный источник посто нного напр жени 1, емкостной датчик 2, электроды 3 которого расположены с внешней стороны капилл рного канала 4, при этом один из них соединен с землей, а другой, через высокоомное сопротивление 5 подкл1с ен к источнику 1, усилитель импульсов напр жени 6, схему И 7, дискриминатор 8, схему идентификации частиц по электрофизическим свойствам, включающую формирователи пр моугольных импульсов 9 и 10, логарифмические усилители 11 и 12, линейный усилитель 13, сумматорThe device contains a stabilized DC voltage source 1, a capacitive sensor 2, the electrodes 3 of which are located outside the capillary channel 4, one of which is connected to ground, and the other is connected to source 1 through high-resistance, 5 voltage pulse amplifier 6, circuit 7, discriminator 8, particle identification circuit by electrophysical properties, including square pulse shapers 9 and 10, logarithmic amplifiers 11 and 12, linear amplifier 13, adder

14,функциональный преобразователь14, functional converter

15,и многоканальный амплитудный анализатор 16.15, and a multichannel amplitude analyzer 16.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При прохождении частицы через емкостной датчик 2 вследствие изменени его емкости на высокоомном сопротивлении 5 возникает импульс напр жени , амплитуда которого пропорциональна диаметру d частицы в третьей степени и некоторой функции f {) диэлектрической проницаемости материала частицы:When a particle passes through a capacitive sensor 2 due to a change in its capacitance on a high resistance resistance 5, a voltage pulse occurs, the amplitude of which is proportional to the diameter d of the particle in the third degree and some function f () of the dielectric constant of the particle material

Uvnax f(e)dUvnax f (e) d

(1)(one)

Длительность импульса от емкостного датчика при прохождении через него частицы определ етс только диаметром:The duration of a pulse from a capacitive sensor when particles pass through it is determined only by the diameter:

(2)(2)

Форма частиц дл обеспечени достоверности разделени их по группам различной природы должна быть близка к сферической, а скорость движени всех частиц - одинаковой. Прот женность рабочего чувствительного участка канала емкостного датчика должна быть на 10-15% больше диаметра наибольших из измер емых частиц с цельюобеспечени пропорциональности амплитуды импульса напр жени третьей степени диаметра частицы . В таком случае длительность импульса определ етс суммой длины рабочей части канала датчика и диаметра частицы, поскольку емкость датчика измен етс с момента соприкосновени передней поверхности частицы с рабочим участком канала датчика , и принимает значение, соответствующее отсутствию частицы в датчике , в момент отхода задней поверхности частицы от рабочего участка канала датчика. Поскольку скорость движени всех частиц одинакова, то часть длительности импульса, соответствующа прот женности рабочей части канала датчика, одинакова дл всех импульсов, и может быть вычтена при формировании импульса с амплитудой , пропорциональной t. Концентраци частиц в исследуемой взвеси должна быть такова, чтобы исключить возможность одновременного .попадани двух частиц в рабочуюParticles must be close to spherical in order to ensure the reliability of their separation into groups of different nature, and the speed of movement of all particles is the same. The length of the working sensitive portion of the channel of the capacitive sensor must be 10–15% greater than the diameter of the largest of the measured particles in order to ensure the proportionality of the amplitude of the voltage pulse to the third power of the particle diameter. In this case, the pulse duration is determined by the sum of the working portion of the sensor channel and the particle diameter, since the sensor capacitance changes from the moment the front surface of the particle touches the working section of the sensor channel, and takes the value corresponding to the absence of a particle in the sensor when the rear surface of the particle from the working section of the sensor channel. Since the speed of motion of all particles is the same, the part of the pulse duration corresponding to the length of the working part of the sensor channel is the same for all pulses and can be subtracted when forming a pulse with an amplitude proportional to t. The concentration of particles in the suspension being examined should be such as to exclude the possibility of two particles simultaneously falling into the working

часть канала датчика. Диаметр канала датчика должен в 1,5-2 раза : превышать наибольший диаметр исследуемых частиц, чтобы исключить засорение канала датчика.part of the sensor channel. The diameter of the sensor channel should be 1.5-2 times: exceed the largest diameter of the particles under study, in order to eliminate the clogging of the sensor channel.

Полученный импульс амплитудой и длительностью Т усиливаетс линейным широкополюсным усилителем 6 и поступает на входные блоки 9 и 10 схемы идентификации частиц. Последн представл ет собой аналоговое вычислительное устройство, выходной сигнал которого пропорционален отношению амплитуды Uyy,Qx входного сигнала к его длительности С в третьей степени. Отношение U,7iav/С, как вытекает из формул (1) и (2), не зависит от диаметра частицы и определ етс лишь ее диэлектрическими свойствами. Следовательно, по величине сигнала, пропорционального этому отношению, можно идентифицировать частицы одной физической природы. Генерирование сигнала, пропорционального отношению и юх осуществл етс в схеме идентификации следующим образом.The received pulse with amplitude and duration T is amplified by a linear wide-pole amplifier 6 and is fed to the input blocks 9 and 10 of the particle identification circuit. The latter is an analog computing device, the output of which is proportional to the amplitude ratio Uyy, Qx of the input signal to its duration C to the third power. The ratio U, 7iav / C, as follows from formulas (1) and (2), does not depend on the particle diameter and is determined only by its dielectric properties. Therefore, by the magnitude of the signal proportional to this ratio, it is possible to identify particles of the same physical nature. The generation of a signal proportional to the ratio and yx is performed in the identification scheme as follows.

Формирователи 9 и 10, вл ющиес входными блоками схемы идентификации , вырабатывают пр моугольные импульсы одинаковой длительности, амплитуды которых определ ютс параметрами 11ц,с()(И f входного сигнала. Именно: амплитуда импульса с формировател 10 пропорциональна амплитуде ,)( входного сигнала, а амплитуда импульса с формировател 9 длительности Т входного сигнала. Затем логарифмические усилители 11 и 12 осуществл ют операцию логарифмировани , т.е. вырабатывают импульсы , пропорциональные BnUj/ Qj н En77После умножени на 3 сигнала, пропорционального (пТ, линейным усилителем 13 в сумматоре 14 осуществл етс операци вычитани величин () и (ЗйпТ) и сигнал, пропорциональный разности ( CnU 17)0у ЗСпТ) подаетс на вход функционального преобразовател 15. Последний осуществл ет операцию потенциировани , в результате чего возникает сигнал, амплитуда которого пропорциональна искомому отношению.The formers 9 and 10, which are the input blocks of the identification circuit, produce rectangular pulses of the same duration, the amplitudes of which are determined by the parameters 11c, c () (and f of the input signal. Namely: the amplitude of the pulse from the former 10 is proportional to the amplitude,) (the input signal, and the amplitude of the pulse from the imager 9 of the input signal duration T. Then the logarithmic amplifiers 11 and 12 perform a logarithm operation, i.e. generate pulses proportional to BnUj / Qj and En77. After multiplying by 3 signals, the proportion (pT, linear amplifier 13 in the adder 14 performs the subtraction of the values () and (TpT) and a signal proportional to the difference (CnU 17) 0y TSCPT) is fed to the input of the functional converter 15. The latter performs the potentiation operation, as a result of which signal whose amplitude is proportional to the desired ratio.

Сигнал с выхода схемы идентифицировани подаетс далее на вход амплитудного дискриминатора 8 с независимой регулировкой верхнего и нижнего порогов, который осуществл ет выделение импульсов, принадлежащих частицам с одними электрофизическими свойствами. Эти сигналы используютс в дальнейшем дл управлени схемой К 7, у которой сохран етс линейна зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала, поступающего с формировател 9. Таккак входные сигна лы, поступающие на схему 7, пропорциональны диаметру частиц, проход щих через датчик 2, а управл ющие сигналы , разрешающие по вление выходного импульса, вызываютс частицами, имеющими одни и те же электрофизические свойства, схема И 7 осуществл ет избирательно гранулометрический анализ частиц, принадлежащих одной (по желанию выбранной компоненте смеси Функцию распределени частиц этой компоненты по диаметрам можно зарегистрировать с помощью серийного многоканального амплитудного анализатора 16, если его вход соединить с выходом схемы логического умножени 7.The signal from the output of the identification circuit is fed further to the input of the amplitude discriminator 8 with independent adjustment of the upper and lower thresholds, which carries out the separation of pulses belonging to particles with the same electrophysical properties. These signals are further used to control the K 7 circuit, in which the linear dependence of the output signal amplitude on the amplitude of the input signal from the imaging unit 9 is maintained. Since the input signals to the circuit 7 are proportional to the diameter of the particles passing through the sensor 2, and the control signals permitting the appearance of an output pulse are caused by particles having the same electrophysical properties, circuit 7 performs a selectively particle-size analysis of particles belonging to the same laniyu selected function component mixtures the particle diameter distribution of this component can be registered via the serial multichannel pulse-height analyzer 16, if its input connected to the output of the logical multiplication circuit 7.

Использование предлагаемого устройства дл гранулометрического анализа микрочастиц позвол ет в отличие от известных, проводить гранулометрический анализ частиц механических загр знений различной природы в нефтепродуктах,используемых-в качестве смазочных масел и топлив в различных двигател х и энергетических установках, что обеспечит контроль за соблюдением норм на содержание механических примесей в жидких,нефтепродуктах в соответствии с ГОСТами безопасную и безаварийную работу силовых и энергетических установок , вы вление природы механических загр знений и причин их по влени , устранение причин и нормальную эксплуатацию систем хранени и транспортировки жидких нефтепродуктов.The use of the proposed device for particle size analysis of microparticles allows, in contrast to known ones, to carry out particle size analysis of particles of mechanical impurities of various nature in petroleum products used as lubricating oils and fuels in various engines and power plants, which will ensure control over compliance with the standards for mechanical impurities in liquid, petroleum products in accordance with the State Standards; safe and trouble-free operation of power and power plants; nature mechanical impurities and causes their detection, elimination and causes normal operation of the storage systems and transporting liquid oil.

Claims

1. A device for particle size analysis of the composition of microparticles containing a capacitive sensor, the electrodes of which are located outside the capillary channel through which the analyte passes, connected to a capacitive sensor voltage pulse amplifier and amplitude analyzer, characterized in that for the purpose of particle size analysis heterogeneous in terms of the electrophysical composition of the particles, the particle identification scheme, the discriminator and the AND circuit are additionally introduced into it; connected to the input audio particle identification circuit, the first output of which is connected to one input of the AND circuit, the other input of which through the discriminator second output connected particle identification circuit, wherein the output of the AND circuit is connected to the input of an amplitude analyzer.

2. A device according to claim 1, characterized in that the particle identification circuit comprises two square pulse generators,

, a logarithmic amplifier, a linear amplifier, an adder and a functional converter, the input of the particle identification circuit being connected to each other by the inputs of square pulse shapers, the output of one of which weipea one of the logarithmic amplifiers is connected to the first input of the adder, and the output of the second is connected to the first the output of the particle identification circuit and the input of another logarithmic amplifier, the output of which is connected through a linear amplifier

with the second input of the adder, while the output of the adder through a functional converter is connected to the second output of the particle identification circuit.

Sources of information taken into account in the examination

1. Hodakov G.S. The main methods of dispersion analysis of powders, M., stroiizdat, 1968, p. 177.

2. Zhukov Yu.P., Kulakov M.V. High-frequency electrodeless conductor tomometry, M., Energie, 1968,

with. 67-H1 (prototype).