Газодинамический способ определения пористости материалов

)5 0 01 М 15/08 НИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский лесотехнический институт (72) Н,А.Можегов(56) Камакина Н,М. Метод вдавливания ртути и его приложение,для характеристики пористой структуры адсорбентов сб. АН СССР "Методы исследования структуры высокодисперсных и пористых тел", 1953, с, 107-109.Авторское свидетельство СССР М 1368720, кл. 6 01 И 15(08, 1988.(54) ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ МАТЕРИА- ЛОВ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении пористости древесных и других микропористых материалов,Известен способ определения пористости материалов путем нагнетания в поровое пространство ртути (1), Согласно этому способу, поровый объем определяют по объему вдавленной в поры ртути.Основным недостатком данного способа является невысокая точность измерения, возникающая вследствие частичного разрушения порового пространства при нагнетании, Поэтому данный способ неприемлем при определении пористости тел с тонкой дисперсной структурой.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является газодинамический способ определения пористости материалов путем перепуска газа из калиброванной емкости в измерительную емкость с находящимся в ней пористым материалом и измерения давлений в этих 1770837 А 1(57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении пористости древесных и других микропористь 1 х материалов, Сущность заключается в том, что осуществляют дополнительнь 1 й перепуск газа калиброванной емкости в измерительную при начальных давлениях в этих емкостях, отличных от начальных давлений первого перепуска газа, с измерением давлений в этих емкостях после перепуска. Далее определяют из определенного уравнения значение обобщенной константы 6 с последующим определением пористости с помощью соответствующего уравнения, 1 ил. емкостях до и после газового разряда и измерения температуры окружающей среды.Недостатком данного способа является невысокая точность при определении пористости микропористых тел,Значительные погрешности при определении пористости микропорисых тел возникают вследствие того, что газ не проникает в поры, а адсорбируется на его поверхности, Поэтому основное расчетное уравнение способа, основанное на эффекте проникновения газа во внутрь парового пространства, оказывается настолько приближенным, что погрешность достигает величины 30-40%.Целью изобретения является повышение точности определения пористости материалов с микропористой структурои.Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе измерения пористости древесных материалов путем перепуска газа из калиброванной еглкостиизмерительную, измерения температуры(ЬМм-Ьм)Ю тР(ЧЧ.Ч,)-Р,(Ю,-Ч-Р Ч,(ьм.ьм) а,+ ар (ч,ьч,-ч,).Р; ч,-чЪ рч,аРО,т 61 С -фД-еР-Ят 01( - ") -Деж(1 - ,)рЛ.+т"ч 1)ь (") определяют неизвестный обобщенный параметр Йс последующим определением пористости из уравненияР,(ч,Ч- ч,1 (ь)ь,. ь Яд(,т-РЧ.Р,(чч)" "(" -:)В(ь"84.".Югде Рао, Рио, Рр - первоначальные давленияв калиброванной и измерительной емкостяхи равновесное давление в них после перепуска газа;Ча, Чи, Чт - номинальные объемы калиброванной, измерительной емкостей и номинальный объем исследуемого материала;Во - универсальная газовая постоянная;Т - температура окружающей емкостигазовой среды;Ткр, Ркр - критические температура идавление;Ь - константа Ван-дер-Ваальса;% - обобщенная для данного материала константа: б = В)У,где В - структурная константа, ф- коэффициент афин ности;ЬМа, Ь Ми- соответственно масса газа,десорбируемая со стенок калиброваннойемкости в процессе перепуска и адсорбируемая на стенках измерительной емкости. С (ра,/Р,1(НА- Ф здесь С - константа, определяемая в зависимости от материала, иэ которого изготовлены калиброванная и измерительная емкости;Р( - коэффициент, равный отношению М/10 2 о, где М - молекулярная масса; окружающей емкости средц и измерения давлений в емкостях до и после перепуска газа. осуществляют операцию дополнительного перепуска газа из калиброванной емкости в измерительную при начальных давлениях в калиброванной и измерительной емкостях, отличающихся от начальных давлений первого перепуска, далее из урав- ненияОа, Ои - соответственно масса калиброванной и измерительной емкости;Б - удельная поверхность материала, изкоторого изготовлены емкости; б й - число Авагадро;Ам - площадь занимаемая молекулой газа в адсорбируемом слое;Ри- давление насыщения,оп ределяемое из уравнения 10 Т 2 Ркр Рь 2 (ЯЦ ) - 1= 9 - ), где Р( - текущееТкр Р( Р( давление; Члор - поровый объем.и- индексы первого и второго газо вого перепусков,На чертеже представлена схема одного из возможных устройств, реализующих предложенный способ,Устройство состоит из калиброванной 20 емкости 1 и измерительной емкости 2 с помещенным в нее исследуемым материалом, Калиброванная и измерительная емкости 1, 2 соединены трубопроводом с пневмоклапаном 3. Для нагнетания воздуха и для 25 стравливания его в атмосферу калиброванная емкость 1 снабжена участком трубопровода с пневмоклапаном 4, а измертельная емкость 2 - трубопроводом с пневмоклапаном 5. Для измерения давления в емкостях 30 последние снабжены манометрами б и 7,Определение пористости производится следующим образом,В калиброваннуо емкость 1 через пневмоклапан 4 подается определенная порция 35 газа, фиксируется манометром 6 давление Рао. Г 1 осле этого открывается клапан 3 и давление в емкостях 1 и 2 уравновешивается. Манометром б или 7 измеряется величина равновесного давления Рр. 40 ГОсле этого вновь открывается пневмоклапан 4 и давление в емкости 1 повышается до величины РаоРао. Затем открывается пневмоклапан 3 и вновь газ перепускается из емкости 1 в емкость 2 до 45 равновесного давления Рр.С учетом явления адсорбции уравнение газового баланса в емкостях 1 и 2 запишется следующим образом:РаоЧа + Рио(Чи - Чт) Рр(Ча + Чи - Чт) + 50мик. ,аЬехр(-6 Т (9 Г( - ) 1)Ткр Рр 55 -ехр 1 - 6 гТ (9(,(. ) ) ) (3)В уравнении (3) две неизвестных еели- ЧИНЫ: ОбЪЕМ МИКРОПОР Члормик И Об 06 ЩЕН ная константа % = В У, где В - структурная константа, ф - коэффициент афинности,Для определения константы 02 решим совместно два уравнения (3) при различныхзначениях Рао, Рио, Рр. При первом перепуске газа эти параметры будут иметь индекс, при втором перепуске газа - индекс 5ееееПолучим расчетное уравнение (1) дляопределения константы 0.После определения константы Й определим неизвестный поровый объем материала из уравнения (3). Для этого преобразуемего к виду выражения (2).В исходном расчетном уравнении(2) всепараметры известны, кроме исходного порового объема Упор, Значения Рао, Рио, Рр 15как из первого, так и из второго перепускагазов (Рао, Рао, Рио Рио Рр, Рр).Результат будет одним и тем же,П р и м е р. Измеряли пористость материалов из прессованной проволоки, Номинальный объем материала (цилиндрическиезаготовки) был равен 2451,13 см . Номинальный объем измерительной емкости равнялся 9,87 литра, номинальный объемкалиброванной емкос 1 и 1,03 л. 2В процессе испытания запускали в измерительную емкость газ до давления Рао ==-210,0188 мм рт.ст. После первого перепуска газа давление в емкостях было уравновешено при значении Рр = 25,01464 мм 30рт.ст, При втором перепуске газа Рао ==860,02562 мм рт.ст., р вновесное давлениеравнялось 100,00366 мм рт,ст.Затем определяли значение Ж, котороеоказалось равным 0,36, 35Затем из уравнения определяли поровый объем материала, который оказалсяравным 688,18 см .зДанное значение порового объемасравнивали с истинным, которое определяли как разность между номинальным обьемом заготовок и объемом металла взаготовках, который определяли путемвзвешивания,Величина истинного объема оказалась 45равной 687,98 см, Погрешность менеез01%"-ЬМеа 5 определяют обобщенный параметр Ь с последующим определением пористости из уравнения где Рао, Рио, Ррв калиброванни равновесноегаза;Чае Чи, Чтрованной,изменальный объемКо- универТ - темпергазовой средыТк, Рк оминальные обьем рительной емкостей исследуемо.го матер сальная газовая пос атура окружающей ь калиби номиала; оянная емкости ические температура и р критдавление;Ь - константа ВЙ - обобщеннала константа, 02= Вгде В - структурнаяр - коэффициеЬМа, ЬМи - сООдесорбируемая соемкости в процессебируемая на стенксти ан-дер-Ваальса;я ля данного материа/л С(Рр РЩ) Чс.)1 Рр 1 Р Способ позволяет значительно повысить точность определения пористости микропористых материалов, так как основан на эффекте адсорбции газа на поверхности ис-, следуемого материала, а не на эффекте проникновения газа внутрь пор, что невозможно при микропористых материалах. В результате значительно расширена область применения довольно простого в аппаратурном оформлении газодинамического способа, основанного на перепуске газа калиброванной емкости. Формула изобретения Газодинамический способ определения пористости материалов путем перепуска газа из калиброванной емкости о измерительную. измерения температуры окружающей емкости среды и измерения давлений в емкостях до и после перепуска газа, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения пористости материалов с микропористой структурой, осуществляют дополнительный перепуск газа иэ калиброванной емкости в измерительную при начальных давлениях в калиброванной и измерительной емкостях отличных от начальныхдавлений первого перепуска, далее из уравнения е+ тф 3 Ц-е Р оетЯ - )-Г 1 е 1(е,ее) - ,) - ,",е Е(е,ее), - ,) е" РеееЧЬ Ча- Че+(ЬМ ЬЬ 1 ее)Й Т"Ра Ча Р (Ч -Ч- первоначальные давленияой и измерительной емкостях давление после перепуска константа;нт афинности, тветственно масса газа, стенок калиброванной перепуска газа и адсорах измерительной емкоЬМ с айеИ) МРЩ О Рр)Щ+1 С.ОРр)Р МАСРр/Р 1 С(Р)еа 1 Рее 1 1.КБГе ЬМ(ц Рню)=)дК ) Р /Р 13,кргде Р - текущее давление. Составитель Е. Кармановадактор Т. Иванова Техред М,Моргентал Корректор И Му Заказ 3737 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10 здесь С - константа, определяемая в зависимости. от материала, из которого изготовлены калиброванная и измерительная. емкости;К - коэффициент, равный отношению М/10 , где М - молекулярный вес;Оа, Ои - соответственно масса калиброванной и измерительной емкости;3- удельная поверхность материала, из которого изготовлены емкости;й - , число Авагадро,Аи - площадь молекулы, занимаемая вадсорбируемом свое;Чпор - поровый обьем;и - индексы первого и второго пе репуска газа,Рн - давление насыщения, определяемое из уравнения