РАЗДЕЛ 2
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
Безусловно, большую роль в эксперименте, в плане достоверности, сложности
интерпретации, точности, принадлежит правильно выбранным и адаптированным
методам, при выборе и адекватной интерпретации результатов которых, необходимо
учитывать происходящие физико-химические процессы, в данной работе это:
получение исследуемого объекта - ВМЧ, измерение его температуры, заряда, а
также свойств конденсированной дисперсной фазы, которая влияет на заряд ВМЧ.
При получении объекта исследования – ВМЧ – важно, как при проведении
экспериментов, так и в практических приложениях, иметь как можно более
контролируемые начальные параметры, такие как заряд, температура, размер,
форма, величина и направление скорости. Имеется целый ряд методов получения
ВМЧ, например, взрыв проволоки [1], фрикционные частицы, распыление в
высокотемпературном факеле или плазматроне и др. Наиболее приемлемым по
приведенным критериям и возможности получения частиц тугоплавких металлов
является получение ВМЧ в импульсном дуговом генераторе монодисперсных частиц и
газоплазменном диспергаторе. Работа дугового генератора описана в [8,23]. В [8]
приведены соображения по физическим основам процесса генерации, которые не
совсем полны и точны. Например, в [8, стр. 94] неверно представлена
конфигурация и соотношение действующих на каплю (после отрыва называемую ВМЧ)
металла сил (из приведенных графиков соотношения величин сил следует, что капля
вообще не должна отрываться), ошибочно сделан вывод о доминировании силы
электронного давления при отделении капли. Из приведенных в [8, стр. 121]
данных, результирующая отрывающая сила имеет величину в среднем около 0,02 мН
на протяжении приблизительно 50 мкс. Легко посчитать, что при таких условиях,
начальная скорость капли под действием соответствующего имульса силы может быть
около 0,1 м/с. На самом деле начальные скорости порядка 1 м/с. И вектор
скорости может быть направлен не только почти параллельно, как утверждается в
(с оговоркой: «как правило», а в противном случае приведенные схемы,
рассуждения, конфигурации - просто не верны) [8, стр. 84], но и, как показывает
эксперимент, почти перпендикулярно к направлению силы электронного давления. В
[8,23] совсем не отмечена и не замечена роль скин-эффекта, не корректно учтена
зависимость поверхностного натяжения от температуры, при постановке тепловой
задачи не учтено тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока,
согласно закону Джоуля-Ленца, и которое составляет около 20% от общего. В [8,
стр. 88] утверждается, что «скорость плавления устанавливается практически
сразу после начала действия разряда (за времена, меньшие 10 мкс)», на самом
деле, скорость расплавления меняется, и не может не меняться по очевидным
соображениям, кроме того приведенное утверждение противоречит фотографиям
постадийной съёмки, из которых следует, что при времени 0,3ф, что соответствует
150 мкс генерации частиц из меди, фронт плавления ещё практически не сдвинулся
(т.к. нет капли). Таким образом, очевидно, данные и расчёты, приведенные в [8]
по работе генератора противоречивы и неточны. Кроме того, нестабильные
начальные параметры ВМЧ [28] - температура, величина и направление скорости,
размер мешают проведению экспериментов или делают измерения невозможными.
Поэтому возникла необходимость дополнить и уточнить данные и разработать другую
концепцию генерации, что привело к более чёткому контролированию начальных
параметров ВМЧ.
Высокая скорость остывания и движение ВМЧ приводят к тому, что имеющиеся
стандартные пирометры не позволяют производить измерения температуры движущейся
ВМЧ. Поэтому были разработаны оригинальные способы фиксации светимости ВМЧ и
пересчёта её в температуру.
При выборе метода измерения заряда были рассмотрены основные известные методы:
контактный, индукционный и по отклонению в электростатическом поле. Контактный
метод заключается в том, что возникновение контакта в системе частица –
измерительный электрод приводит к формированию на сопротивлении нагрузки
импульса тока, и задача измерения величины заряда частицы сводится к измерению
амплитуды импульса. При этом следует иметь в виду, что передний фронт импульса
имеет длительность порядка 10-7 с, что предъявляет определенные требования к
частотной характеристике используемого прибора. Чувствительность способа
определяется как величиной емкости входа, так и уровнем шумов на входе прибора.
При оценке последнего значением порядка сотен микровольт, флуктуационный
заряд, при значении входной ёмкости 10-11 Ф, будет величиной порядка 10-15 Кл.
Следовательно, надежное измерение заряда окажется возможным, когда их значения
в несколько раз больше флуктуационного, т. е. более 10-14 Кл. Можно измерять
заряд также по изменению напряжения накопительного конденсатора, например, при
использовании в таком режиме вольтметра постоянного тока ВК2-16 можно
фиксировать заряд порядка 10-14 Кл. Второй способ, получил в литературе
название индукционного способа. Сущность этого способа, рассмотренного,
например, в [29], сводится к регистрации реакции цепи на прохождение в
межэлектродном промежутке заряженной частицы. Амплитуда импульса выходного
напряжения в этом случае будет пропорциональна скорости частицы. Это сужает
возможности применения данного способа. Он может быть успешно применен в случае
высокоскоростных частиц, например в самолетной аппаратуре, для измерения
зарядов частиц тумана, где и достигнут нижний предел величины измеряемых
зарядов порядка 10-15 Кл.
Способ измерения заряда
- Київ+380960830922