Способ контроля дисперсной системы

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля физико-химических свойств дисперсных систем с помощью ультразвука. Цель изобретения - повышение информативности контроля путем обеспечения возможности определения ближней агрегации системы. Цель достигается тем, что в качестве параметра оценки состояния системы дополнительно используют производную функцию (а /г )г 2 ил.. 1 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 И 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719313/28 (22) 17,07.89 (46) 07.08,92, Бюл, М 29 (75) Б,И.Ревут (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1245950, кл. 6 01 N 11/16, 1976.

Носов В.А. Проектирование ультразвуковой измерительной аппаратуры. Маш. M., 1972, с, 14-16, 177-189. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИСПЕРСНОЙ

СИСТЕМЫ. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю физико-химических свойств дисперсных систем с помощью ультразвуковых колебаний.

Известны способы контроля дисперсных систем, основанные на изучении и ана лизе физико-химических параметров, например на определении вязко-пластических свойств системы.

К недостаткам указанных способов относится низкая точность контроля, связанная с влиянием на эти свойства многих факторов.

Наиболее близким является способ контроля дисперсной системы, при котором в ней возбуждают ультразвуковые колебания, принимают их после прохождения заданного расстояния, измеряют затухание прошедших колебаний и определяют зависимость этого затухания от частоты, Недостатком этого способа является низкая информативность контроля системы, в которой протекают агрегационные процессы, „„!Ж „„1 753400 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля физико-химиЧеских свойств дисперсных систем с помощью ультразвука.

Цель изобретения — повышение информа тивности контроля путем:обеспечения возможности определения ближней агрегации системы, Цель достигается тем, что в качестве параметра оценки состояния системы дополнительно используют производную функцию (а /1 ), 2 ил., 1 табл.

Цель изобретения — повышение инфор- (Л мативности контроля, Поставленная цель достигается за счет того, что при осуществленйй йзвестйого способа контроля путем возбуждения на различных частотах (f) ультразвуковых колебаний, приема колебаний, прошедших че° и реэ контролируемую систему, измерения их затухания (а ) и определения зависимости (Л этого затухания от частоты, по характеру (д) которой судят о состоянии системы, допол- ф, нительно в качестве параметра оценкй .со- ( стояния системы йспольэуФт ЩЙЖМдйуую"" -) от функции (а /f ), за счет чего обеспечивают возможность определения ближней агрегации системы, При этом установлено, что способ позволяет контролировать характеристики дисперсных систем, содержащих различные обьемные доли дисперсной фазы, включая весьма разбавленные растворы, а также системы, в которых протекают процессы с из- менением устойчивости коллоидных частиц.

В системах, характеризуемых процессами

1753400 агрегации, отмечается изменение величины поглощения, которая зависит от вида агрегационного процесса. На первом этапе агрегации частицы находятся на весьма далеких расстояниях друг от друга, порядка сотен и тысяч ангстрем. Во многих случаях дальняя агрегация переходит в ближнюю, когда разделяющие частицы расстояния составляют единицы и десятки ангстрем. Аг-. регэционные процессы сопровождаются изменением ряда показателей, в частности коэффициента поглощения ультразвуковых волн, Определяя для каждой конкретной системы поглощение ультразвуковых колебаний различной частоты, можно получить важную информацию не только о структуре дисперсной системы; но и о характере агрегационных процессов, т.е, определить с каким видом агрегации {ближней или дальней) имеют дело.

На фиг. 1 представлены. графики экспериментальной зависимости поглощения от частоты; на фиг, 2 — схема электрической части установки для осуществления способа, Пример 1, Стеклянную ячейку объемом 50 мл заполняют раствором каолина с концентрацией 0,5 г/л, добавляют 1 мл

3,7%-ного раствора хлорида калия, при этом концентрация хлорида калия составляет 1 10 моль/л. Помещаю r ячейку в ультратермостат, вносят в нее две пьезокерамические пластины из титаната бария. Соединяют пластины с электрйческой схемой возбуждения и регистрации колебаний, закрывают ячейку крышкой с . двумя штуцерами входа и выхода, через которые пропускают от баллона газообразный азот, создавая над жидкостью газовую подушку. Возбуждают в одной из пластин периодические колебания ультразвуковой частоты с продолжительностью периода 9 с, регистрируют величину поглощения ультразвуковых волн для разных частот, изменяя частоту последовательно от 5 до 100

МГц с шагом 5 МГц. Строят график экспериментальной зависимости коэффициента поглощения от частоты (фиг.1, кривая 1), на котором ortðåäåëëþò частоту релаксации, а также фиксируют частотный диапазон, в котором производная зависимости (a /f ) от

f, где а — коэффициент поглощения, f— частота, изменяет знак. На указанной кривой такое изменение отмечено стрелкой. По наличию такого изменения устанавливают характер агрегации. Как видно из рисунка, с повышением частоты ультразвуковых волн

:.. наблюдается некоторое снижение величины поглощения, что является следствием

20

25 кривой 1 уже в области частот 45-50 МГц величина поглощения начинает изменяться

30 определенного количества неагрегированных частиц.

35 Аналогичную процедуру повторяют для раствора каолина с концентрацией 0,5 г/л при содержании хлорида калия 5 ° 10

45

10

55 процессов структурообразования коллоидных систем, При этом слабая зависимость поглощения от частоты является доказательством наличия в контролируемой системе медленной агрегации, при которой между частицами дисперсной фазы ñîõðàняются толстые прослойки молекул дисперсионной среды. При частоте 30 МГц отмечается существенное изменение зависимости поглощения от частоты, связанное с достижением специфической частоты релаксацйи, являющейся внутренним параметром состояния системы. Полученная частота релаксации характеризует, в частности, наличие в системе, одновременно с дальней агрегацией — ближней, когда взаимодействующие частицы локализуются на минимальных расстояниях друг относительно друга. Подобный вид агрегации называют также коагуляцией в ближней потенциальной яме или необратимой коагуляцией. Важным обстоятельством в предлагаемом способе является также узкий диапазон. релаксационных частот. Так, на с ростом частоты медленнее, что может служить подтверждением наличия двух видов агрегации. Дальнейшее медленное снижение поглощения объясняется динамическим характером агрегации, т.е. наличием в дисперсной системе не только агрегатов, но и моль/л. Экспериментальная зависимость коэффициента поглощения от частоты приведена на фиг.1, кривая 2. Как видно из этой зависимости, для более высокой концентрации соли частота релаксации смещена в меньшую область. Таким образом, существование агрегации в ближнем минимуме для такой системы обнаруживается в более длинноволновой области. На кривой 2 изменение знака производной. также отмечено стрел кой.

Аналогичную процедуру повторяют для раствора каолина с концентрацией 0,5 г/л при содержании хлорида калия 2,5 ° 10 моль/л. Экспериментальная зависимость коэффициента поглощения от частоты приведена на фиг.1, кривая 3. Частота релаксации для этого случая еще в большей степени смещена в меньшую область, Следует отметить, что для всех трех зависимостей, различающихся концентрацией соли — хлорида калия — при одинаковом содержании дисперсной фазы — каолина, характер зависи1753400 мости коэффициента поглощения от частоты одинаков, со смещением релаксационных частот в меньшую область, Установка для осуществления способа работает следующим образом. 5

Задающий генератор 5 выдает два импульса; остроконечный для запуска развертки осциллографа 10 и прямоугольный для формирования импульса генератором 2. В акустической системе этот импульс преоб- 10 разовывается в ультразвуковые колебания, используемые для облучения контролируемой системы, После прохождения контролируемого раствора ультразвуковые колебания преобразовываются приемным 15 устройством 7 и преобразователем 8, после чего усиливаются усилителем 9 и поступают на осциллограф 10, Рассмотренный пример осуществления способа показывает его высокую информа- 20 тивность при изучении дисперсных систем, особенно тех, в которых происходят процесcb1 агрегации. Он позволяет составить детальное представление о характере коагуляции, в частности о наличии дальней 25 агрегации или двух видов агрегации. В приведенном примере отмечена высокая точность контроля. Относительная ошибка измерения частоты релаксации, а значит и само: о способа, составляет 2,3 ф,. 30

Другие примеры осуществления способа, показывающие оптимальность параметров процесса контроля, представлены в таблице, При этом для исследования брали те же 35 растворы и соблюдали последовательность операций, что и в примере 1, Как видно из таблицы, наибольшая точность (наименьшая относительная ошибка) контроля отмечается втой области, где про- 40 водили работу по данному способу. Уменьшение шага изменения частоты ниже 5 МГц почти не сказывается на точности контроля.

Повышение шага до 6 МГц сильно (почти в

3 раза) снижает точность контроля, что гово- 45 рит о необходимости задания шага изменения частоты не более 5 МГц.

Сравнение настоящего изобретения проводили с известным способом контроля дисперсных систем. 50

При сравнении брали контролируемый раствор каолина с концентрацией 0,5 г/л и различным содиржанием хлорида калия:

10 ; и 2 10 2 моль/л . Заполняли раствором стеклянную ячейку, вносили в нее две пьезокерамические пластины иэ титаната бария. Соединяли пластины с электрической схемой возбуждения и регистрации колебаний и закрывали ячейку крышкой.

Возбуждали в одной из пластин импульсные ультразвуковые колебания различных частот 0Т 100 кГц до 100 МГц и регистрировали величину поглощения ультразвуковых волн для разных частот при прохождении известного расстояния между пластинами. Выражали полученную экспериментальную зависимость по формуле — = А/(1+,(.- )")+ В. а 2

Расчет по указанной формуле для трех различных концентраций соли — хлорида калия показывает, что коэффициент поглощения растет с увеличением частоты, причем во всех трех случаях зависимость непрерывная, монотонная. На основании таких экспериментальных результатов не удается составить представление о характере и виде происходящих в системе агрегационных процессов.

Сопоставление данного способа и известного способа позволяет заключить, что в первом случае контроль дисперсных систем является более информативным и дает воэможность определять характер агрегации коллоидных частиц, что свидетельствует о его большей эффективности.

Формула изобретения

Способ контроля дисперсной системы, заключающийся в том, что возбуждают на различных частотах f ультразвуковые колебания, принимают колебания, прошедшие через контролируемую систему, измеряют их затухание а и определяют зависимость затухания от частоты, по характеру которой судят о состоянии системы. о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения информативности контроля путем обеспечения воэможности определения ближней агрегации системы, в качестве параметра оценки состояния системы дополнительно используют производную от функции а /Р.

1753400

1753400

Составитель Б.Ревут

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор Н.Химчук

Производственно-издательский. комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2765 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5