Способ контроля размеров пор фильтроэлементов

(19) 01 й 15/О ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР ТЕНТНО САНИЕ ИЗОБРЕТ О И контролируемый образцы фильтроэлементов и измерении давления и расхода газа на входе и выходе образцов. В качестве газа используют бинарную смесь газов, отличающихся по молекулярной массе. Рабочую поверхность образцов обдувают потоком смеси газов с расходом, много большим расхода через образец, Подбором среднего давления смеси формируют переходный между вязкостным и свободномолекулярным режим течения газа. Измеряют состав газовой смеси, прокачиваемой через образцы, и по разности концентраций ее компонентов судят о размере пор фильтроэлементов. Среднее давление смеси подбирают по фиксированному числу Кнудсена в интервале от 0,07 до 0,13. Используют бинарные смеси типа гелий - азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, водород - азот. Прокачивание и обдувэталонного и контролируемого образцов проводят одновременно. 3 э.п.ф-лы, 2 ил,ельство СССРМ. 15/08, 1981.(54) СПОСОБ ФИЛЬТРОЭЛ (57) Изобрет ной технике порометрии микро- и ульт размеров по ется в прокач размеров пор фильтроэл ющийся в том, что чере ность фильтроэлемент контрольного, прокачив расходы и давления газа образцов фильтроэлем предварительно строят сительного расхода газа свободномолекулярном ведения среднего давле диус пор эталонного .причем необходимо осущ измерений при вязкостн аналогичные измерения де м ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. М,: Машиностроение. 1981, с.53 - 62.Авторское свидетМ 1030701, кл. 6 01 КОНТРОЛЯ РАЗМЕРА ПОР ЕМЕНТОВние относится к иэмерительи может найти применение в фильтроэлементов, например рафильтров. Способ контроля фильтроэлементов заключавании газа через эталонный и ИэобретениР относится к измерительной технике и может найти применение в порометрии различных фильтрующих материалов, например микро- и ультрафильтров.Наиболее распространенным способом определения размеров пор является способ. заключающийся в вдавливании ртути, вытеснений жидкости иэ пор, исследозании микрофотографий и прокачивании жидкости через фильтроэлементы с последующим гидравлическим анализом уравнений Дарси и Гагена-Пуаэейля.Ближайшим к изобретению техническим решением является способ контроля 1777046 А ементов, эаключаэ рабочую поверхов, эталонного и ают гаэ, измеряют на входе и выхо ентов, при это зависимость отнопри вязкостном и течении от произния на средний рафильтроэлемента. ествить несколько ом режиме, затем производят с конт 1777046ролируемым фильтроэлементом и по конкретному относительному расходу с помощью зависимости "относительныйрасход газа - произведение радиуса пор надавление газа" для эталонного фильтроэлемента находят аналогичное произведениедля контролируемого образца.Однако известный способ достаточнотрудоемок так как включает 5-6 замеровэталонного образца и два замера контролируемого, в том числе при вакууме. Погреш ность способа, в первую очередь,определяется замером расхода газа присвободномолекулярном течении, т.е. в вакууме, когда имеется достаточно высокая вероятность систематических ошибок припостановке эксперимента и случайных промахов.Цель изобретения - повышение достоверности контроля размеров пор фильтроэлементов и уменьшение трудоемкости.Для достижения поставленной цели согласно способу контроля размеров порфильтроэлементов, заключающемуся в том,что через рабочую поверхность эталонногои контролируемого образцов фильтроэлементов прокачивают газ; измеряют расходи давлениегаза на входе и выходе образцов, в качестве газа используют бинарнуюсмесь газов, отличающихся по молекулярной массе, рабочую поверхность образцовобдувают потоком смеси газов с расходом,много большим расхода через образец, подбором среднего давления смеси формируютпереходный между вязкостным и свободномолекулярным режим течения газа, измеряют состав газовой смеси, прокачиваемойчерез образцы, и по разности концентрацийее компонентов судят о размере по фильтроэлементов; среднее давление смеси под бирают по фиксированному числу Кнудсенав интервале от 0,07 до 0,13; в качестве бинарных смесей используют гелий - азот,гелий - .аргон, гелий - ксенсн, водород -азот; прокачивание и обдув эталонного иконтролируемого образцов фильтроэлементов проводят одновременно,На фиг.1 изображена схема потоков газа через образцы фильтроэлементов; нафиг.2 - график, иллюстрирующий разницуконцентраций контролируемого и эталонно.;го образцов фильтроэлементов при различных числах Кнудсена.Эталонный 1 и контролируемые 2 образцы фильтроэлементов помещают в герметичную камеру 3, через которуюпрокачивают поток газовой смеси по линиям "питание" 4 и "концентрат" 5. Линия 6"фильтрат". образцов подключают к газоанализатору 7. Расход газовой смеси контроли.- руют расходомерами 8, 9 соответственно на линиях 4 и 5, а давление - мановакууммет 10 15 чую поверхность,фильтроэлементов и по ли нии "фильтрат" выводится из схемы, при 40 50 за счет выбора среднего давления смеси. Для уменьшения трудоемкости контроля 55 20 25 30 35 рами 10, 11 на линиях 4 и 6. Газоанализаторсоединен с фильтроэлементами через коллектор-переключатель 12. Способ осуществляют следующим образом,Составляют газовую смесь компонентов, качественно отличающихся по молекулярной массе, подают ее по линии"питание" с заданным расходом и давление Р 1, большим давления Р 2 на линии "фильтрат". Под действием перепада давления часть газовой смеси проходит через рабоэтом один из контролируемых образцов или эталонный подключают с помощью коллек-, тора-переключателя к газоанализатору. Большая часть исходной смеси выводится из схемы по линии "концентрат"; Давления Р 1 и Р подбирают таким образом, чтобы реализовать переходный режим течения газа между вязкостным и свободномолекулярным, За счет составляющей свободномолекулярного режима более легкие компоненты газовой смеси проходят преимущественно через фильтрующую поверхность фильтроэлементов, а более тяжелые выводятся из камеры по линии "концентрат", Селективность фильтрующих элементов в свободномолекулярном режиме определяется отношением молекулярных масс компонентов смеси в степени 0.5, Составы газовой смеси в фильтрате эталонного и контролируемого образцов сравнивают между собой и при положительной разнице концентраций легкого компонента в контролируемом и эталонном образцах первый считают годным, а при отрицательной-бракуют. В качестве бинарной смеси используют гелий - азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, гелий - элегаз (шестифтористая сера), водород - азот и т,п. Для обеспечения максимальной чувствительности предложенного способа газоразделение смеси осуществляют при фиксированном отношении длины свободного пробега бинарной смеси к среднему размеру пор фильтроэлементов (число Кнудсена) в интервале от 0,07 до 0,13 фильтроэлементов и проведения измерения концентраций в компенсационном режиме контролируемые и эталонный образцы фильтроэлементов помещают одновременно в камеру. Причем относительный расход газовой смеси на линии "концентрат" устанавливают близким единице, т.е. примерно равным исходному потоку газовой смеси,так что индивидуальные относительные ко 1777046лебания расходов фильтрата образцов не сказываются на режиме газоразделения:Количественнаяоценка размеров пор контролируемых образцов осуществляется с помощью расчетно-экспериментальных зависимостей на фиг.2. По оси ординат отложена относительная концентрация легкого компонента в фильтрате контролируемого образца по сравнению с эталонным, по оси абсцисс - логарифм числа Кнудсена, Каждая кривая соответствует определенному размеру пор; при отклонении размера пор по сравнению с эталонным в меньшую сторону разница концентраций положительна. и наоборот. Все кривые имеют выраженный экстремум в диапазоне числа Кнудсена 0,07-0,13. При меньшем значении числа Кнудсена свободномолекулярный поток газа практически не заметен на фоне вязкостного потока и эффект газо- разделения на фильтроэлементах пропадает, при большем значении числа Кнудсенасвободномолекулярный поток становится преобладающим и различие в селективности образцов фильтроэлементов, определяемое различным размером пор, также пропадает.П р и м е р. В качестве образцов взяты керамические фильтроэлементы, а также пористые ядерные мембраны с диаметром пор 0,05 - 5 мкм. Эксперименты проведены на бинарных газовых смесях гелий - азот и гелий - ксенон, Отмошение расходов смеси "концентрат/питание" поддерживалось не ниже 0,9. Результаты исследований представлены на фиг,2. Так, при отклонении размеров пор образцов на +20 концентрация гелия в фильтрате соответственно изменяется на +2,5% при молярной концентрации питания 0,5 и +11,2% при молярной концентрации питания 0,05 для бинарной смеси гелий - азот. В случае использования бинарной смеси гелий - ксенон соответствующие изменения концентрации гелия в фильтрате при аналогичных условиях составляют 3,8 и 12,1 о , Экстремальное значение числа Кнудсена для указанных смесей0,08 - 0,09 при молярной концентрации питания 0,5 и 0,11-0,12 при молярной концентрации питания 0,05, На границах5 предложенного интервала значений числаКнудсена 0,07 и 0,13 чувствительность способа(изменение концентрации гелия при отклонении размеров пор) снижается на 1 - 26. Заграницами интервала чувствительность рез 10 ко падает: при дальнейшем изменении числа Кнудсена в меньшую или большуюстороны на:+0,5 чувствительность снижается в десятки раз,Формула изобретения15 1. Способ контроля размеров пор филь. троэлементов, заключающийся в прокачивании газа через эталонный иконтролируемый образцы фильтроэлементови измерении давления и расхода газа на вхо 20 де и выходе образцов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения достоверности .и уменьшении трудоемкости контроля, в качестве газа используют бинарную смесь газов. отличающихся по молекулярной массе.25 рабочую поверхность образцов обдуваютпотоком смеси газов с расходом, многобольшим расхода через образец, подбооомсреднего давления смеси формируют переходный между вязкостным и свободномоле 30 .кулярным режим течения газа, измеряютсостав газовой смеси, прокачиваемой через .образцы, и по разности концентраций еекомпонентов судят.о размере йор фильтроэлементов,35 2.Способпоп.1,отлича ющийсятем, что среднее давление смеси подбираютпо фиксированному числу Кнудсена в интервале от 0,07 до 0,13,3. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я40 тем, что используют бинарные смеси гелий- азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, водород - азот,4. Способ по п.1, от л и ч а ю щи йс ятем, что прокачивание и обдув эталонного и45 контролируемого образцов фильтроэлементов проводят одновременно.177704 б 50 орректор М.Керецм Заказ 4118 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 Сост Редактор Г.Бельская Техр