Специалисты Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали новый прибор для измерения размеров наночастиц и коэффициента диффузии в промышленных жидкостях. Устройство может использоваться на предприятиях, производящих промышленные масла и охлаждающие жидкости, контролировать работу маслонаполненных трансформаторов и высоковольтных переключателей, применяться в фармакологии для контроля дисперсности и качества лекарственных препаратов и во многих других областях. Комментирует разработку старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и рассеяния света ФИАН, кандидат физико-математических наук Константин Коваленко.

Одна из самых известных аварий в электросетях, случившаяся в мае 2005 года на Чагинской подстанции, привела к отключению электроэнергии значительной части городских хозяйств Москвы и Московской области. Большинство подобных аварий случается из-за наличия в трансформаторном масле коллоидной воды и примесей (образование эмульсионной воды в масле происходит как при резком снижении температуры, так и при повышении относительной влажности воздуха).

Под действием электрического поля капельки влаги вытягиваются, приобретая форму эллипсоидов. При достаточно высокой напряженности электрического поля вытянутые эллипсоиды соединяются между собой, формируя «канал», в результате чего и происходит разряд.

В настоящее время применяются самые разные методики диагностики трансформаторов: тепловизионный и вибрационный контроль, определение электрических параметров и частичных разрядов, хроматографический контроль масла, определение оптической мутности масла, поглощение в ИК-спектрах. Но ни один из этих методов не позволяют контролировать главную причину аварий – коллоидную воду.

Специалисты лаборатории нелинейной оптики и рассеяния света ФИАН разработали новый прибор для измерения размеров наночастиц и коэффициента диффузии в промышленных жидкостях – Fiber Nano Sizer (FNS). С его помощью можно определять состояние воды в трансформаторном масле для предотвращения возникновения пробоя под действием электрического поля. В новом устройстве применены методы молекулярного рассеяния света в жидкостях. Конструкция FNS включает волоконно-оптический датчик, что обеспечивает измерения в прозрачных и мутных эмульсиях. В сравнении с другими приборами для измерения размера частиц, взвешенных в жидкости, FNS имеет целый ряд преимуществ. Он позволяет проводить измерения (в прозрачных и в мутных эмульсиях) непосредственно в рабочих или технологических объемах, а размеры частиц определяются по многократному рассеянию.

Прибор может использоваться для контроля качества продукта при производстве промышленных масел или смазочно-охлаждающих жидкостей, а также в технологических схемах управления размерами капель эмульсий и стабилизации масел. Применение FNS на предприятиях, выпускающих композиты, будет способствовать повышению качества промежуточного сырья перед полимеризацией, что позволит улучшить качество конечного продукта. Прибор дает возможность осуществить меры по повышению стабильности масел и эмульсолов, а также расширить ассортимент производимой продукции за счет стабилизации ранее неустойчивых композиций. Применение FNS в фармакологической промышленности позволит контролировать дисперсность и качество готовых лекарственных препаратов.

Рис. 1. Fiber Nano Sizer (FNS) (Pat N 78320 от 20.11.2008, Pat N 2351912С1 от 10.04.2009, Pat N 2306970С1 от 21.12.2005).

Технические характеристики и спецификация:

• Размер измеряемых частиц: 1 … 5000 nm
• Коэффициент диффузии: 10–5 … 10–10 cm2/s
• Угол рассеяния: 178°
• Длина волы лазера: 650 nm
• Мощность излучения: 40 mW.
• Размеры: 290×258×108 mm
• Вес: 4.0 kg.