Генератор монодисперсних крапель

Генератор монодисперсних крапель, що містить вібруючу голку і капіляр з рідиною і меніском на відкритому кінці, встановлені так, що голка може періодично занурюватися і виходити з меніска, викидаючи краплю, при цьому положення меніска може регулюватися за допомогою посудини, спо 3 Нарешті, найпростіше отримати монодисперсні краплі шляхом періодичного занурення в рідин) тонкої голки (Dimmock N.A. Production of uniform droplets. Nature. 1950, v. 166, p. 686). В цьому випадку при виході голки з рідини між голкою і рідиною утворюється рідкий. майже циліндровий місток, відривання якого від рідини і голки приводить до виникнення краплі. Оскільки процес занурення голки в рідину повторюється знов і знов. утворюється потік монодисперсних крапель. У всіх випадках важливою проблемою є визначення розміру виниваючих крапель. Найчіткіше це завдання вирішується в генераторах релєєвського типу, в яких точно відомі діаметр струменя рідини і частота збудження коливань. Проте значно простіше отримати потік монодисперсних крапель останнім з описаних способів, але саме в цьому випадку найважче прогнозувати розмір крапель, що утворюються. Вимірювати розмір крапель в потоці найзручніше оптичними методами, оскільки ці методи дозволяють отримати результати вимірювань в режимі on-line. Проте більшість оптичних методів засновані на реєстрації інтенсивності світла, розсіяного частинками або краплями, і такі вимірювання не дають прямої інформації про їх розміри. Зв'язано це з тим. що розсіяння світла складним чином залежить від кута реєстрації інтенсивності розсіяного світла по відношенню до падаючого світла і від оптичних властивостей речовини крапель. Розвиток фотоніки і електроніки дозволив для таких вимірювань використовувати так званий тіньовий метод, при якому реєструється тінь частинок або крапель, що перетинають по одній промінь світла, падаючий на фотоприймач (United States Patent, No. 5426501. 20. 06. 95). У такому разі розмір частинок визначається прямим чином по частці енергії, на яку зменшується потік світла. Саме, для проведення вимірювань необхідно достатньо точно знати перетин однорідного променя світла (зазвичай плоского) і імпульсне падіння напруги на фотоприймачі при проходженні частинки через промінь світла. Отже, такий підхід не вимагає додаткового калібрування вимірювальної системи. Із-за явищ дифракції тіньовий метод неможливо використовувати для частинок з розміром близько 0,5 мкм і менше, але генератори монодисперсних крапель диспергаційного типу, як правило, не призначені для отримання таких малих крапель. Таким чином, тіньовий метод можна використовувати для прямого контролю розмірів крапель, що отримуються в генераторах монодисперсних крапель. Найбільш близьким до пропонованого пристрою с генератор монодисперсних крапель, описаний в авторському свідоцтві Контуша С. М., Колпакова А. В., І Лопагенко С. В. (Імператор монодисперсних капель. А.с. СРСР. кл. У 05 В 17/04 № 806142, 1978p.) В цьому генераторі утворення монодисперсних крапель відбувається при періодичному зануренні в меніск рідини тонкої голки, укріпленої на кінці гнучкої сталевої пластинки, що приводиться в стан вібрації під дією електромагніту. Голка коливається у вертикальній площи 48644 4 ні, а меніск рідини розташований так. то голка занурюється в рідину досягши верхньої крапки н процесі коливань. Рухаючись вниз, голка витяг аг з рідини тонку нитку, з якої і утворюється крапля. Ці краплі під впливом голки, що коливається, летять вниз і утворюють одномірний ланцюжок. При заданих положенні меніска і амплітуді коливань голки монодисперсні краплі можуть виникати невизначено довгий час. Недоліком цього генератора монодисперсних крапель є неможливість безперервного контролю розмірів крапель, що утворюються. Зазвичай процедура вимірювання розмірів крапель полягає в осадженні деяких краплин на скло, покрите спеціальною масляною плівкою, і подальшого вимірювання діаметра крапель за допомогою мікроскоп). Такі вимірювання не дають можливості використовувати генератор монодисперсних крапель з вібруючою голкою для проведення оперативних вимірювань в аерозольних технологіях. Другий недолік генератора монодисперсних крапель з вібруючою голкою - повільне зменшення розмірів крапель, що генеруються, у зв'язку з тим, що зменшується кількість рідини в системі і тому вібруюча голка занурюється в рідину на все меншу глибину, що і призводить до зменшення розмірів крапель, що утворюються. Для усунення вказаних недоліків генератор монодисперсних крапель з вібруючою голкою повинен бути забезпечений пристроєм для безперервного контролю розмірів крапель, в якому можна використовувати оптичний тіньовий метод як абсолютний метод вимірювання розмірів частинок, а також блоком зворотного зв'язку, який регулює положення меніска рідини по сигналам пристрою для вимірювання розмірів крапель. Схема пропонованого генератора монодисперсних крапель з поточним контролем їх розмірів приведена на Фіг. Всі деталі приладу укріплені на основі 1. Диспергируєма рідина знаходиться в трубці 2, що має на одному з кінців вузьку щілину. Трубка, укріплена на стійці 3 і допомогою гнучкого шланга пов'язана з невеликою місткістю 4. Тонка голка 5 знаходиться на кінці тонкої сталевої пластини 6, яка приводиться в стан вібрації за допомогою електромагніту 7. Пластинка з голкою розташована на стійці 8 так, щоб при своїх коливаннях у вертикальній площині голка приблизно на 1 мм входила в щілину трубки. Для вимірювання розмірів крапель, що зазвичай рухаються вниз з області поблизу щілини трубки, на шляху крапель на тій же основі 1 установлено пристрій, що складається з лазерного випромінювача 8 і фотоприймача 9. Вони встановлені на загальній пластині 10 так. що лазерне випромінювання у вигляді плоского променя (площина променя паралельна підставці 1) потрапляє точно у фотоприймач, а краплі в своему русі перетинають промінь. Відстань між лазерним випромінювачем і фотоприймачем приблизно дорівнює 10 мм. Для регулювання положення пластини 10 по відношенню до траєкторії рух а крапель використовується гвинтовий модуль 11. Невеликий малооборотний електромотор 12 служить. для введення ексцентрика 5 48644 13 в рідину, що знаходиться в посудині 4, що приводить до зміни рівня рідини в цій судині. Короткочасне включення електромотора здійснюється за допомогою блок} зворотного зв'язку 14. пов'язаного з пристроєм для вимірювання розмірів крапель. Електронний блок 15 призначений для живлення електромагніту 7, лазера 8 і для візуалізації сигналів, що виробляються фотоприймачем 9, тобто для визначення розмірів крапель. Освітлювач 16 встановлений так. щоб його промінь діаметром 2-3 см потрапляв в зону утворення крапель. Для приведення генератора монодисперсних крапель в дію необхідно заповнити судину 4 диспергируємою рідиною (зазвичай водою або водними розчинами) так, щоб на кінці трубки 2 утворився меніск. При цьому ексцентрик на валу електромотора 12 повинен бути в такому положенні, щоб він був мінімально занурений в рідину. Потім включають освітлювач 16 і електронний блок 15. З його допомогою встановлюють розмах коливань кінчика голки. занурюваного в рідину, рівним приблизно 4-5 мм. При підсвічуванні освітлювача 16 візуально знаходять таке взаємне розташування меніска і коливаючої голки (регулюючи амплітуду її коливань і рівень рідини в посудині 4 за допомогою, наприклад, шприца), що занурюється в нього, щоб безпосередньо під голкою утворився ланцюжок краплин, направлений вниз. За допомогою гвинтового модуля 11 пристрій для вимірювання розмірів крапель переміщається так, щоб на табло електронного блоку 15 чітко фіксувався розмір крапель, що генеруються. Якщо їх розмір відповідає очікуваному, включається блок зворотного зв'язку 14, що регулює рівень рідини в судині 4. У зібраній моделі генератора монодисперсних крапель води ви користується елетролітично загострена вольфрамова голка завдовжки близько 20 мм, укріплена на сталевій пластинці завдовжки близько 30 мм, що міститься горизонтально І має Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 власну частоту коливань, рівну 50 Гц. Під дією електромагніту сталева пластинка коливається, так що голка періодично занурюється в меніск води на кінці тонкої трубки (капіляра), також встановленого горизонтально напроти голки і декілька вище за неї. Амплітуда коливань голки - 3-4 мм. і зміною амплітуди, разом з регулюванням рівня в судині з водою, встановлювався необхідний розмір крапель. Краплі, що утворюються, у вигляді ланцюжка рухаються вниз. Перпендикулярно до осі голка - капіляр і нижче знаходиться оптичний пристрій для вимірювання розмірів крапель. Він складається з лазерного діода з мініатюрним коліматором (довжина хвилі - 640 нм. потужність - 5 мВт) і встановленого напроти нього фото діода, безпосередньо сполученого з підсилювачем сигналів. При прольоті крапель через лазерний промінь на фотоприймачі виникає сигнал у вигляді імпульсу, направленого униз (по осцилограмі) від основного рівня освітленості фотодіода. оскільки реєструється тінь краплі. Для регулювання рівня рідини в судині. сполученій з капіляром, використається малооборотний електромотор Уоррена. На його вісь насаджений ексцентрик, занурений частково в рідину. При його обертанні рівень рідини в судині змінюється. Управління періодичним обертанням мотора виконується за допомогою електронного блоку, в який поступають дані від оптичного пристрою для вимірювання розмірів крапель. Випробування роботи генератора монодисперсних крапель води показали, ідо він тривалий час (близько 1 години) генерує монодисперсні краплі розміром 40 мкм із зміною від цього значення в обидві сторони на величину близько 2-4 мкм. Шляхом регулювання амплітуди коливань голки і положення меніска вдається змінювати розмір крапель, що генеруються, в межах від 20 до 100 мкм. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601