14.4 Геометрические характеристики дисперсных систем

Гетерогенные (неоднородные) системы состоят из сплошной фазы (дисперсионной среды) и одной или нескольких дисперсных фаз, имеющих границы раздела с дисперсионной средой. Характеризовать систему принято называя агрегатные состояния фаз. При этом на первое место ставят характеристику сплошной фазы. Например, жидкость-газ-твердое; жидкость-газ-жидкость. В первом случае в жидкости распределены пузырьки газа и твердые частицы. Во втором случае в жидкости распределены пузырьки газа и капли жидкости, не смешивающейся с веществом сплошной фазы.

В технике и природе наиболее распространены двухфазные системы. Туман, облака, зона дождя являют собой систему газ-жидкость. Поднятая ветром пыль – система газ-твердое. Эмульсия масла в воде – система жидкость-жидкость. Взвеси твердых частиц в жидкости (суспензии) представляют собой систему жидкость-твердое. Объемы, в которых диспергируют газ в жидкости, например, путем барботажа (продуванием жидкости потоком газа с разрушением струи и образованием пузырей), представляют собой систему жидкость-газ.

Твердые частицы дисперсной фазы могут быть разнообразных форм. Частицы неправильной формы характеризуют с помощью эквивалентных диаметров:

• эквивалентный объемный диаметр – диаметр шара, объем которого равен объему частицы неправильной формы;

• эквивалентный поверхностный диаметр – диаметр сферы (шара), поверхность которой равна поверхности частицы неправильной формы.

Дисперсная система, кроме того, что включает частицы разнообразной формы, может включать частицы различных размеров. Для того чтобы охарактеризовать гетерогенную дисперсную систему необходимо задать функцию распределения частиц по размерам. Достаточно полное представление дают дифференциальные и интегральные кривые.

Рисунок 189

На рисунке 189, а представлены дифференциальные, а на рисунке 189, б – интегральные кривые распределения частиц по размерам ( - интегральная функция, - функция, противоположная интегральной).

Диаметр, соответствующий максимуму дифференциальной кривой распределения по размерам называется модным ( ).

Точка пересечения интегральной кривой и ей противоположной называется медианным диаметром ( ).

Множество всех диаметров сосредоточено между минимальным и максимальным значениями диаметров.

Как и в случае построения полигона или столбчатой диаграммы при представлении результатов измерений можно представить и результаты дисперсионного анализа. Для этого весь диапазон изменения диаметров, т.е. , делится на ряд интервалов. Каждый интервал характеризуется шириной (при этом интервалы могут быть как одинаковой, так и разной ширины). Будем считать, что внутри интервала все частицы одинаковых размеров и диаметров. Каждый интервал будем характеризовать значением середины интервала - диаметр частиц, входящих в интервал .

Определятся значение количества частиц в каждом интервале. Дифференциальную функцию будем определять как , где - общее количество частиц. Определив значения этой функции для каждого интервала, получим несколько точек. Соединив эти точки, получим полигон. Аналогично можно построить и гистограмму (рисунок 190).

Рисунок 190

Ордината каждой точки интегральной кривой распределения частиц по диаметрам (см. рис.189, б) определяет количество частиц в совокупности с размером меньшим размера, характеризуемого абсциссой этой точки. Противоположная кривая определяет количество частиц с размером большим, чем размер, характеризуемый абсциссой этой точки.

Медианный диаметр характеризуется тем, что количество частиц с диаметром, меньше медианного равно количеству частиц больше медианного.

			....		....
			....		....
			....		....
			....		....
			....		....	1

При технологических расчетах зачастую требуются более простые варианты, чтобы охарактеризовать дисперсный состав системы.

В этом случае совокупность частиц различных размеров - полидисперсную систему моделируют с помощью монодисперсной системы (диаметры всех частиц равны).

В качестве диаметра частиц монодисперсной системы рассматривают средний диаметр частиц исходной системы (полидисперсной). Существует несколько подходов к определению средних диаметров частиц:

1) средний объемный, взвешенный по количеству частиц - .

Для определения данного диаметра находят объем частиц внутри интервала :

(320)

Объем частиц во всей совокупности:

(321)

Средний объем:

(322)

, (323)

где - средний объемный диаметр, взвешенный по количеству частиц.

(324)

2) средний поверхностный по количеству частиц -

(325)

3) средний объемный, взвешенный по поверхности (эквивалентен диаметру по Заутеру)

; (326)

Получим

, (327)

где , ;

(328)

Экзаменационный билет № 26

4. Влагосодержание и влажность твердых и сыпучих материалов. Выражения перехода от влажности к влагосодержанию и наоборот.

МСИ 3 – не надо

5. Модель динамической характеристики термопреобразователя на базе уравнения нестационарной теплопроводности получение основного уравнения, запись краевых условий, дифференциального уравнения теплового баланса, среднеинтегральной температуры).

6. Составление системы для измерения pH. Вспомогательный электрод. Расчет pH.

Экзаменационный билет № 27

1. Масс-спектрометры с разделением ионов в магнитном поле.

2. Расходомерные устройства дросселирующего типа. Расходомерная диафрагма, расходомерное сопло. Получение метрологической характеристики.

3. Классификация видов и методов измерений

Экзаменационный билет № 28

1. Времяпролетные масс-спектромнтры.

2. Матрицы пьезомодулей Методы расчета прямого и обратного пьезоэффекта.

3. Модель динамической характеристики термопреобразователя на базе уравнения нестационарной теплопроводности, записанная в форме конечных разностей.

Экзаменационный билет № 29

1. Кондуктометрический и диэлькометрический методы определения содержания влаги в капиллярно-пористых твердых и сыпучих веществах.

2. Погрешности тензометрических измерительных преобразователей

3. Методы, устройства для измерения вязкости жидкости. Определение понятия вязкости (формула Ньютона). Теория и устройство капиллярных вискозиметров.

Экзаменационный билет № 30

1. Сверхвысокочастотный метод измерения влагосодержаний в веществах. Структурные схемы влагомеров СВЧ по ослаблению и фазового.

2. Выбор напряжений (токов) питания тензорезисторов.

3. Цветовые пирометры (пирометры спектральных отношений).

Экзаменационный билет № 31

1. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) применительно к влагометрии. Схема влагомера ЯРМ.

2. Тензометрические преобразователи механических величин. Метрологическая характеристика динамометра с упругим элементом в форме стержня круглого сечения.

3. Излучение газов и паров. Распространение излучения в оптических прозрачных средах. Колориметрический измерения (варианты организации измерений, схем приборов).

Экзаменационный билет № 32

1. Нейтронный метод измерения влагосодержания. Схема нейтронного влагомера.

2. ТермоЭДС преобразователи (термопары). Механизм возникновения ТЭДС в местах контакта проводников. Схемы термопарных преобразователей. Методика определения величины ТЭДС термоэлектрических преобразователей на основе термопар.

3. Вискозиметры с падающим шариком (теория, схемы). Ротационные вискозиметры.

Экзаменационный билет № 33

1. Классификация датчиков.

Современная классификация первичных преобразователей – датчиков.

Под датчиком понимают конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают сигналы измерительной информации.

Этимологически термин «датчик» происходит от слова «давать» в том смысле, что датчик дает информацию.

Таким образом, датчик являет собой измерительный преобразователь, воспринимающий входную величину и преобразующий информацию о ней в измерительный сигнал, несущий эту информацию.

В зарубежной научно-технической литературе используется несколько терминов, эквивалентных термину «датчик».

В англоязычной литературе используются термины sensor (чувствительный элемент) и gange (прикреплять крючек к лесе). В литературе на немецком и близким ему языках используются термины geber (датчик, донор, податель) и primarmessumformer (первоначальный (первичный) измерительный преобразователь). В франкоязычной литературе – transducteur de mesure (измерительный преобразователь).

Следует отметить, что термин «сенсор» в настоящее время широко используется и в российских изданиях.

Любая научная дисциплина начинается с классификации объектов, изучаемых в рамках этой дисциплины.

Как и все средства измерений, датчики можно подразделить на типы и виды, являющие собой, как уже отмечалось, пересекающиеся множества.

По количеству воспринимаемых величин датчики подразделяются на одномерные и мнргомерные.

По количеству ступеней преобразования датчики подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.

2. Пьезоэлектрические преобразователи. Разновидности пьезоэффекта. Анализ механизма воникновения пьезоэффекта на базе элементарной кристаллической ячейки кварца.

3. Вибрационные (ультразвуковые) вискозиметры.

Экзаменационный билет № 34

1. Приемники оптического излучения.

2. Полупроводниковые термометры сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления. Типы термисторов. Вольт-апмерные характеристики.

3. Расходомеры электромагнитного (индукционного) типа.

Экзаменационный билет № 35

1. Радиационные датчики.

2. Термометры сопротивления металлические. Метрологические характеристики. Конструкции промышленных вариантов. Схемы подключений (измерительные цепи).

3. Потенциометрические методы анализа (pH – метрия). Основы pH – метрии. Измерительный электрод (водородный, стеклянный).