Способ определения температуры завершения фазового перехода воды в лед

Изобретение относится к техничес-кой физике, например физике горных пород, и геологии, например мерзлотоведения и может быть использовано при изучении; состояния воды в мерз.лых горных породах,.в которых фазовый переход воды в лед растянут на интервал температур до нескольких. десятков градусов Бельсия.ИЗвестен способ определения тем" пературы завершения фазового перехо да воды в лед в мерзлых породах, основанный на применении ядерно-маг-, нитного резонанса. Этот способ заключается в том, что образец мерзлой . породы помещают в измерительную очейку, замораживают до температуры, гарантирующей завершение фазового перехода воды в лед в исследуемой породе, например для кварцевого песка до температуры ниже -30 С, повы О шают температуру образца и регидтриру:зт изменение спектра ЯМР. По температурному изменению спектра ЯМР ,определяют. температуру .начала плавления льда, которая в цикле пониже ния температуры соответствует еемпературе завершения фазового перехода воды в лед 11 .Однако при изучении образцов песчано-глинистьй пород спектры 30 ЯМР искажаются эа счет взаимодействия ядер с ионами парамагнитных примесей, которые всегда. содержатся в реальных горных породах, и в этих случаях для выяснения природы измене-З 5 ния спектра ЯМР необходимы специальные дополнительные исследования, не., всегда. дающие положительный результат, а аппаратура для излучения снектровЯМР весьма сложна и серийно нашейпромышленностью пока не выпускается, 4 ОНаиболее близким к изобретению являетсэ способ определения температуры завершения фазового переходаводыв лед в дисперсных материалах, включающий нагрев предварительно замороженного образца, создание в нем переменного электромагнитногополя и измерение сигналов амплитудно-частотного спектра этого поля и температуры образца, по которым судят о 50температууе завершения фазового перехода 2 .Недостатком этого способа является.дополнительный нагрев от воздейст-.вия на образец возбуждающего электро"55магнитного поля, который вносит большую погрешность в определение температуры завершения фазового переходаводы в лед.Бель изобретения - повышение точ". 60ности определения температуры щавершенкя фазового. перехода воды и лед.Поставленная цель достигаешьсятем, что согласно способу определения ,температуры завершения фазового перехода водй в лед переменное электромагнитное поле в образце возбуждают с помощью акустических волн, притемпературе ниже фазового переходаизмеряют амплитуду фоновых сигналов,затем нагревают. образец, измеряяспектр сигналов, а о температуре завершения фазового перехода судят попоявлению сигналов с амплитудой,превышающей фоновое значение.Способ осуществляется следующимобразом,Образец исследуемой породы помещают в измерительную ячейку например.в плоскопараллельный электрический конденсатор, и замораживают в холодильной камере до температуры, гарантирующей завершение фазового перехода воды в лед в этой породе,например для кварцевого песка около-30 С, для каолина около -80 ОС,За- .тем повышают температуру образцачерез 1 С, одновременно регистрируяоее спомощью термопары или термосоп"ротивления. В исследуемом образцесоздают поле акустических волн,например, с помощью стандартногопьезоэлектрического излучателя. Спомощью стандартного измерительногоприбора, например миллнвольтметра,накаждой температуре образца производят измерения разностей потенциалов.между обкладками измерительноГо кон-денсатора, обусловленных воэбужденньм1 электромагнитным полем, При измерениях на низких температурах спектрыизмеренных сигналов практически однородны и не различаются для различных температур, т.е. соответствуютфоновым значениям. Начиная с некоторой температуры в,цикле .ее повышенияв спектре измеренных сигналов появляются участки с амплитудами, превышающими фоновые значения, что свидетельствует о начале развития фазового перехода льда в воду (или о завер.шеник фазового перехода воды в ледв цикле понижения температуры) висследуемом образце. Измерения вцикле повышения, а не понижения температуры позволяют свести до минимумавлияние перераспределения влаги вобразце в процессе изменения его температуры, Таким образом, температурузавершения фазового перехода воды влед определяют по появлению в регистрируемом спвктрреучастков с амплитудами сигналов, превышающими фоновыезначения. Предлагаемый способ позволяет снизить дополнительный нагрев от воздействия на.образец возбуждающего поля, Благодаря этому повышается на 3-5 С точность определения темпера"Отуры завершения фазового перехода воды в лед вмерзлой породе, определяющего формирование основнйх физи1648385ческих и механических свойств таких 10 м и радиусом.3 м промораживапиб пдрод, т,е. параметров, которые необ- производится в зоне радиусом б м, ходимо знать при расчетах, произво- т.е. объем поиораживаемого грунта днмых в строительном проектировании. около 1100 мЕсли принять среднююПри строительстве часто исноль- объемнзую плотность грунта за зуют способ предварительного.промора 1,8.10 кгlм а удельную тепхкйвеживания разрабатываемых грунтов; Прикость мерзлого грунта за, этом желательно производить прояора-. 1,1 кДщ/кг ф.С, то ошибка в 1 фС ив живание рыхлого грунта до температу- оценке температуры завершения фазоворы завершения в нем фазового перехо- го перехода воды в лед в сторону ее да воды в лед. Иапример, для отра 10., занижения приводит к дополнительньи ботки вертииальной выработки глубиной 1 затратам энергии около 2,2106.кДж.Составитель Б.Гусев. Редактор М.Петрова Техред Ж.Маточка.Корректор; Г. Решетняк, МФВюв"l Заказ 7923/5 О . тираж 673 : Подйисное ВИИИПИ ГосударстВЕйнОгО кснайтета СССР по делам изобретений:и открытий . 1130353, Москва,.Ж 35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП Патентфф;.гйжгород, ул.проектиая,4