Файл: Мяздриков О.Я. Дифференциальные методы гранулометрии.pdf

ции этих импульсных сигналов, существенны и такие параметры этого сигнала, как форма импульса, харак­ тер его фронта и среза и активная длительность. В связи с этим возникает необходимость использования пред­ ставления об эффективном, пли критическом объеме, который включает как объем собственно канала, так и значительные объемы электролита вне его.

Резкое возрастание плотности тока перед входом в канал (рис. 17) обусловливает начало изменения со-

Uc.hB

противления цепи еще до того, как частица входит в объ­ ем канала L . Следовательно, в принципе схема может зарегистрировать импульсный сигнал, как только изме­ нение плотности тока будет достаточным. Граница этого явления для данной полидисперсной системы будет там, где самая большая частица этой системы создает им­ пульс, меньший амплитуды импульса от самой малень­ кой частицы при ее нахождении в капилляре. По существующим данным [49], критический объем в 3 ра­ за больше собственного объема капиллярного канала:

где L — длина канала (рис. 17).

Длительность импульса будет определяться време­ нем прохождения частицей критического объема. Из-

58

вестио, что градиент давления пропорционален ско­ рости:

дх

Коэффициент пропорциональности а имеет размер-, иость сопротивления потоку. Вязкость среды обусловли­ вает параболическое распределение скоростей в канале; максимум скорости находится на его оси. Аппроксими­ руя принятый закон распределения скоростей по радиу­ су канала выражением

(94)

где Rk — радиус канала, получаем следующее значение

находим Ощах- Здесь 1-1—коэффициент вязкости среды. Приняв dx—L, получаем, что время прохождения частицы по каналу определяется только перепадом дав­

ления в нем.

Дадим числовую оценку времени прохождения части­ цы по каналу. Примем, что счетная концентрация час­

объема составит примерно 60 с. Тогда средняя скорость движения жидкости будет порядка 2 м - с - 1 . Следова­ тельно, длительность плоской части импульса прибли­ зительно будет равна 5- Ю - 5 с.

При вхождении частицы в пределы критического объема скорость ее изменяется от некоторого небольшо­ го значения до средней скорости в канале, при выходе — наоборот. Законы изменения скорости частицы на этом участке и картина электрического поля определяют форму и длительность фронта и среза импульсов. Точно учесть эти факторы аналитическим путем сложно. На

59

основании данных эксперимента допустима трапецеи­ дальная аппроксимация формируемого импульса, при­ чем суммарная длительность фронта и среза примерно равна длительности плоской вершины импульса и, сле­ довательно, для общей длительности импульса получа­ ем значение Ю - 4 с. Очевидно, что этот результат ориен­ тировочен, так как зависит от ряда различных факторов, но он получен для достаточно жестких условий экспери­ мента п должен быть предметом определенного внима­ ния при выборе тех или иных электронных схем. В дан­ ном случае существенна не длительность импульса, а крутизна фронта и среза, особенно фронта.

4. КОНСТРУКЦИЯ ДАТЧИКА И ОБЩАЯ СХЕМА А Н А Л И З А

Из рассмотрения принципа действия копдуктометрического метода уже очевидно, что основным элементом любой конструкции датчика является капиллярный ка­ нал. Этот элемент является и наиболее ответственным. Первоначально капилляр изготовлялся так: участок стеклянной стенки сосуда вытягивался в капилляр, ко­ торый потом отрезался и торец отшлифовывался. Полу­ чаемый канал по своим качествам достаточно удовлетво­ рителен, но этот способ только внешне кажется простым, так как необходимо иметь не просто капилляр, но ка­ пилляр достаточно короткий, а это требование услож­ няет решение поставленной задачи. Существенно упро­ щена технология получения капилляров1 малой длины при наклеивании часового камня на отверстие, просвер­ ленное в стенке стеклянного сосуда. Эти камни имеют диаметры отверстий 80—100 мкм, причем сами отвер­ стия выполняются весьма тщательно. Если толщина камня заключается в пределах 30—200 мкм, то, следова­ тельно, задача получения отрезков цилиндрических ка­ пилляров решена весьма удачно и удовлетворяет боль­ шинству практических случаев. Очевидно, что в таком варианте требования к качеству отверстия, просверли­ ваемого в стенке стеклянного сосуда, могут быть невы­ сокими.

Предпринимались неоднократные попытки изготов­ ления капилляров в тех или иных тонких пленках, кото-

1 П о л и в о д а А. И. Авт. свид. № 148483 — «Бюллетень изобре­ тении и товарных знаков». 1967, № 10.

60

рые наклеивались на отверстия большого диаметра. Так, в пленках из стекла каналы, просверленные с помощью ультразвука, имеют неровные края. Пробой, в том числе и пленок из синтетических материалов, электрической искрой, хотя и позволяет получить каналы диаметром 30—50 мкм, но их края также неровные. А эти неровно­

Рис. 18. Общая схема анализа с использованием кондуктометрического датчика

критического объема. Последнее далеко не безразлично, так как порядок величин параметров импульсных сигна­ лов определяет требования к тем или иным электронным устройствам.

Общая схема анализа приведена на рис. 18. В облас­ ти А схематически представлена конструкция собствен­

пертого ртутной пробкой 4, заполнены электропроводной суспензией. Цепь электродов 5 и 7 получает питание, как правило, от источника постоянного тока. Использование

61

постоянного напряжения для электрических измеритель­ ных ячеек нехарактерно. Исключением в этом плане являются ячейки, в которых происходит непрерывное протекание электролита в межэлектродном пространст­ ве. Именно с этим случаем мы встречаемся в кондуктометрическом датчике.

При открытии крана 16 за счет давления, создавае­ мого воздушной подушкой в канале 2, уровни ртутной пробки 4 смещаются так, что в левом колене ртуть опу­ скается ниже обоих контактов 3, впаяных в стекло. Из­ быточное давление воздуха обычно создается резиновой грушей. Часть суспензии 8 при этом из полуэлемента по трубке 17 перегоняется в резервный объем. При пере­ крытии крана 16 начинается обратное смещение уровней ртути. Создается разрежение в объеме полуэлемента, и суспензия по каналу 6 засасывается из стакана 9.

При каждом акте прохождения частицы по каналу сопротивление межэлектродной области изменяется на величину AR и на сопротивлении нагрузки, стоящем в це­ пи источника питания 10, возникает импульс напряже­ ния. Последовательное замыкание ртутным столбиком контактов 3 фиксирует прохождение по каналу 6 строго определенного объема суспензии.

Часть схемы В включает электронные элементы ана­ лизатора. На блок 11 поступают импульсные сигналы, амплитуда которых пропорциональна величине AR или, согласно формуле (91), кубу эквивалентного радиуса частицы. Этот блок представляет собой импульсный уси­ литель с амплитудным дискриминатором. Порог дискри­ минации регулируемый, т. е. с выхода блока / / дальше в схему поступают импульсные сигналы, соответствую­ щие только тем импульсам из числа поступивших на его вход, амплитуда которых не менее уровня, заданного данным порогом дискриминации.

Требуемые значения коэффициента усиления могут быть оценены по формуле (91). Очевидно, что величина коэффициента усиления должна зависеть и от конкрет­ ных характеристик собственно дискриминаторов. Если принять начальный порог дискриминации, равным 2В, то для частиц диаметром 2—4 мкм требуемое значение коэффициента усиления будет порядка 104 и более.

После усиления и дискриминации импульсы поступа­ ют на вход электронно-счетного устройства 12. Запуск и остановка этого устройства осуществляются управляю-

62