Сравнение измерительных методов part 3
Оптико-электронные приборы для измерения частиц, использующие методы цифрового измерения и регистрации частиц.
В описанном ниже измерительном методе каждая отдельная частица измеряется и подсчитывается с помощью оптико-электронной системы. Происходит это различным способом, чаще всего путём измерения рассевания излучения, иногда на рассеивание оказывет влияение дифракция. Измерение двух размеров частицы происходит с помощью12-ти либо 16-тиразрядного А/Ц преобоазователя с частотой выборки 500 Гц или более. Соответствующий размеру частицы аналоговый электрический импульс подвергается измерению в А/Ц преобразователе и амплитуда импульса соответствует максимальному размеру частицы, а ширина импульса соответствует толщине частицы. Максимальный измеренный размер частицы зависит от способа перемещения частицы в измерительном пространстве и можно этим управлять с помощью соответствующего дозирующего устройства.
Результаты измерений отдельных импульсов в цифровом виде передаются непосредственно компьютеру, где они записываются на диске. На эти измерения не влияют оптические свойства частиц, так как для получения рассеивания света даже идеально прозрачной частицей достаточно значение удельного веса частицы отличное от значения для воздуха либо воды.
Что ещё важно, измерение осуществляется в пучке параллельного излучения, в определённых рамках измерительного пространства, подбираемых в зависимости от размеров измеряемых объектов. В расположении имеются измерительные пространства сечением от нескольких мм2 до 60 000 мм2 (в разных приборах).
Действительные размеры частицы получаются путём анализа результатов её сканирования.
Для дозирования зернистых материалов в этом методе используется главным образом воздух, но для материалов в виде суспензий можно пользоваться водой либо водяными расворами при изменённой конструкции прибора.
Измерение в воздухе для всех сухих материалов упрощает подготовку и проведение измерений. Такие измерения можно применять для склеивающихся или увлажнённых материалов.
Существует строгая зависимость между максимальным размером частицы и амплитудой электрического импульса, а также между минимальным размером частицы, определяемым шириной импульса. Измеренные и подсчитанные импульсы позволяют однозначно, точно и с чёткой повторяемостью определить множество частиц в электрических единицах, то есть в каналах преобразователя, которые можно записать в памяти компьютера.
Записанное в памяти компьютера множество частиц, в виде статистического распределения количества и размеров, после пересчёта на объёмное распределение можно сравнить с действительными измерениями, полученными классическими измерительными методами. Из каждого сравнения можно получить калибровочную характеристику для оптико-электронного измерительного прибора.
Калибровка цифрового прибора присваивается определённому измерительному методу либо форме частиц. Для одного и того же измерения можно получить результаты по распределении зернистости в соответствии со сферической, ситовой и, к примеру, седиментационной калибровками.
Может ставиться вопрос: которая из этих калибровок является самой подходящей? Они все хороши, если последовательно применяются для контроля промышленного процесса. Проблема не состоит в калибровках, а в однозначном и прецизионном способе измерения частиц, что обеспечивается цифровыми приборами, то есть устройствами, которые измеряют по очереди отдельные частицы.
С полученными таким образом результатами, которые соответсвуют действительным размерам, можно на 100% симулировать ситовый или аэрометрический анализ.
Обычно весь измерительный диапазон цифрового прибора разделяется на несколько субдиапазонов, имея в виду простоту оптимизации измерений. Если отсутсвуют большие частицы, то можно измерительный диапазон сделать очель узким. Для определённых размеров частиц можно подобрать соответствующий измерительный диапазон. Для каждого из этих диапазонов преобразователь работает с максимальной разрешающей способностью, которая определяет новые стандарты в измерениях размеров частиц.
В итоге:
Метод цифровой регистрации частиц даёт возможность:
1. Регистрировать частицы, которые по размеру больше измерительного диапазона прибора и зачисляются к последнему измерительному классу. Тогда можно увеличить измерительный диапазон, чтобы измерить эти частицы.
2. Применяя одновременные измерения в нескольких направлениях можно получить информацию о форме каждой частицы, значительно превышая возможности плоского микроскопического анализа.
3. Для прибора осуществляющего измерения только в одном направлении можно дополнительно использовать время продвижения частицы через измерительное пространство и получить двухразмерную картину частицы без дополнительного микроскопического оборудования.
4. Учитывая способ дозирования, можно получить морфологическую картину исследуемого вещества, не только по критерию формы, но также с учётом удельного веса частицы.
Относительно измерения висяших в воздухе частиц аэрозолей с помощью лазерной дифракции во всём измерительном диапазоне:
1. Метод лазерной дифракции для аэрозольных измерений является мало пригодным ввиду небольшой динамики измерений, представленной выше. Вследствие недостатков генераторов, вырабатывающих аэрозоль, в нём очень часто находятся частицы во много раз больше, например 200-300 мм, в которых содержится большая часть массы жидкости. Такие отдельные частицы не могут быть измерены прибором применяющим лазерную дифракцию и установленным на измерение частиц около 1 мкм. Добавленная же система рассеивания света имеет очень малую точность. Измерение рассеивания света в системах многократного совпадения обусловлено многими ограничениями, которые должны быть выполнены.
2. Для распределения размеров частиц измеряемых с помощью лазерной дифракции необходимо следующее условие, описаннное в основной литературе: «О распределении размеров частиц можно делать заключения липшь до тех пор, пока расстояния между ними на много больше их размеров» 8 - J.R Meyer – Arendt, «Введение в оптику».
3. С помощью лазерной дифракции нельзя измерять частицы размещённые одна за другой, так как тень первой из них заслоняет вторую. Сколько таких ситуаций имеет место при измерении потока вдоль диаметра 1 м? Формулировка задачи одновременного измерения капель во всём сечении потока является ошибочной. Такой прибор никем ещё не был сконструирован. Лазер освещает сечение диаметром лишь нескольких мм и измерение происходит в виртуальной зоне, похожей на камеру используемую в приборах такого типа. Прибор использующий лазерную дифракцию может корректно измерять поток распыленной жидкости диаметром не более нескольких мм, с небольшой концентрацией.
4. В процессе генерации и измерения аэрозолей маленькие капельки висяшие в воздухе находятся везде. Нет возможности избежать контакт измерительного прибора с капельками аэрозоля. Прибор должен быть в течение многих часов стойким к осаждению аэрозоля на измерительных компонентах, например датчиках. Одна лишь защита от осаждения является неэффективной. При измерении больших потоков аэрозолей имеется влажность более 80% и появляется конденсация водяного пара. Происходит также испарение жидкости осаждённой раньше на поверхности датчика прибора и это может сделать измерение невозможным.
