Устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов

О П И С А Н И Е (п 976351ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическимиРеспубликно аелан изобретений н вткрытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАКАПИЛЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 2 ния 1,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициентов капиллярной диффузии образцов ненасыщенных пористых материалов, например почвогрунтов нарушенного или ненарушенного сложения. Известно устройство для определения коэффициентов переноса - коэффи о циента капиллярной диффузии 09) и коэффициента влагопроводности К(9) ненасыщенных пористых материалов, содержащее две пористые мембраны, между которыми помещают образец пористого ма териала, С помощью специальных приспо. соблений можно создавать на мембранах различные измеряемые давления и измерять поток жидкости церез систему мембраны-образец, Коэффициент влагопроводности рассчитывается по величине . потока и создаваемого градиента давлеОднако измерения с помощью данного устройства длительны и трудоемки, кон; струкция его весьма сложна, а.диапазон измерений коэффициента переноса узок,Наиболее близким кизобретению по техницеской сущности является устрой" ство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца ненасыщенного почвогрунта ненарушенного ипи нарушенного сложения, пористую мембрану и питатель, представляющий собой поршневой насос, поршень которого перемещается эксцентриком специальной формы, обеспечивающим умень" шение потока жидкости из насоса пропорционально корню квадратному из времени. Устройство снабжено приспособлением для быстрого измерения влажности тонкого верхнего образца, С помощью такого устройства за несКолько часов может быть получена зависимость3 976351коэффициента .капиллярной диффузии 0от влажности практически во всем диапазоне ее измерения ( 2,Однако известное устройство сложнов изготовлении и в работе, требует,значительного времени на подготовкук работе имеет большоечисло сменныхэлементов (насосы разного размера, эксцентрики, двигатели) содержит многодвижущихся частей, поэтому ненадежно, 10Целью изобретения является повышение надежности конструкции, точностиизмерений и сокращение времени проведения экспериментов,Поставленная цель достигается тем, 15что в устройстве для определения ко,эффициента кэпиллярной диффузии, пористых материалов, содержащем колонку дляобразца с пористой мембраной и приспособлением для измерения влажности верх.20него слоя образца и питатель питательвыполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадьпоперечного сечения которого 5 связана с высотой Ь соотношением 25 Ч% где Ч - объем сосуда; Ь 1 и и- мини- з мальный и максимальный йапор в пита- теле,В устройстве создают поток влаги в образец, уменьшающийся пропорционально корню квадратному во времени.Этот поток поступает на поверх 33 ность образца через пооистую мембра" ну из гидрофобного материала напри" мер фторопласта, не имеющую гидравлического контакта с образцом, абсолютная величина потока задается с помо-49 щью игольчатого крана.На чертеже показано предлагаемое устройство общий вид..Образец пористого маериала 1, помещенный в жестко закрепленную колонку 2, поддерживается подогнанной к колонке 2 пластиной 3, которая может перемещаться относительно колонки при вращении винта 4 в неподвижно закрепленной гайке 5, перемещая при этом образец 1. Перемещение образца измеряется с помощью прикрепленной к пластине 3 миллиметровой линейки б и прикрепленной к гайке 5 нониусной шкалы с точностью до 0,1 мм. Питающая насад- ка 7 с пористой мембраной 8 подсоединяется гибким шлангом к игольчатому крану 9, который через трехходовой 4кран 10 соединяется с сосудом 11 длязаполнения системы и с напорным сосудом-питателем 12 специальной формы.Кран 13 служит для слива жидкости изсистемы,Устройство работает следующим образом.Через кран 10 напорный сосуд-питатель 12 и снятая с колонки 2 питающаянасадка 7 заполняется жидкостью изсосуда 11. Образец 1. пористого материала, доведенный до воздушно-сухогосостояния, помещается в колонку 2 напластину 3. При работе с образцамипочвогрунтов ненарушенного сложенияповерхность образца подрезается поверхней кромке колонки 2, затем посыпается пропущенной через сито 1 ммвоздушно-сухой почвой, идентичной почве образца, слегка утрамбовывают иснова подрезается по верхней кромке.При работе с образцами нарушенногосложения достаточно одного подрезания. Такая подготовка поверхности образца позволяет получить ровный Фронтсмачивания и хорошую воспроизводимость результатов. Затем заполненнаяпитающая .насадка 7 помещается на верхний торец колонки 2, прицем между пористой мембраной 8 и поверхностью образца 1 создается небольшой зазор(0,5-0,8 мм) для ликвидации гидравлической связи образца и насадки;Игольчатый кран 9 устанавливается водно из положений, которые определяются предварительно при калибровке,устройства, и задает определенную начальную величину потоку через него.Открывается кран 10 и жидкость изсосуда-питателя 12 через насадку начинает поступать на поверхность образца 1. Равновесная влажность в верхнем слое образца устанавливается оченьбыстро: в течение 10-12 мин - при самых слабых потоках и в течение 3 минпри самых больших. Во время опыта снимают динамику впитывания по прикрепленной к сосуду 12 специальной шкале:динамика является контролем необходимого временного режима потока.и одновременно по ней легко рассчитать сорптивность .образца при таком режиме потока. По прошествии указанного промежутка времени перекрывают кран 10,снимают наоадку 7 с колонки 2 и, вращая винт 4, перемещают образец 1 так,чтобы он выступил из колонки 2 на 1 ммпосле чего выступающая часть образца быстро срезается и используется в1 бИгольчатый кран при используемых в устройстве напорах должен полностью в открытом положении обеспечивать прохождение через него 100 см жидкости за 3 мин.Предлагаемое устройство не имеет движущихся элементов, помоще известно" го по конструци д и удобнее в работе, а потому более надежно, устройство не имеет сменных элементов, что позволя" ет быстрее подготавливать его к опытам, а следовательно, сокращать вре" мя эксперимента. Кроме того, предлагаемое устройство дешевле и позволяет получать более подробную зависимость 09) по сравнению с известным.Устройство может быть использовано в лабораториях,.изучающих гидрофиэические свойства почвогрунтов и других пористых сред. Устройство нетрудно изготовить в лабораторчи. Формула изобретения. Устройство для определения коэффи. циента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца с пористой мембраной и приспособлением для .измерения влажности верхнего слоя образца и питатель, о т" л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности конструкции, точ" ности измерений и сокращения времени проведения экспериментов, питатель выполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадь поперечного сечения которого 5 связана с высотой Ь соотношением где Ч - объем сосуда; Ь и Ь - минимальный и максимальный йапор в питателе. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Глобус А, И, Экспериментальнаягидрофизика почв. Л., Гидрометеоиз"дат, 1969, с. "02-209.2. Р 1 цх соп 1 го 11 ед зогрй 1 ч 1 Ту юеазцгеаепэ со бесегв 1 пе зо 11 Ьудгоц 11 сргорегйу Гцпс 1 опз.-"5 о 11 5 с 1. 5 ос.Ав. Т", 1979 ф 3 й 5. р. 827-83 Й(прототип),5 97635качестве пробы определения влажностигравиметрическим способом, время взятия образца на влажность не более10 с.После этого срезается промоченнаячасть образца, поверхность образцаподготавливается аналогично, дополня-.ется жидкостью сосуд-питатель 12,игольчатый кран 9 устанавливается вновое положение, и опыт повторяется 1 Опри другой величине потока, задаваемой игольчатым краном,П р и м е р. Наиболее. часто приизучении гидрофизических свойств почвприменяют образцы диаметром 10 см и Ивысотой 10-12 см ( поскольку образцыменьшего диаметра часто бывают недостаточно представительными, а образцыбольшей высоты без нарушения сложения трудно получить). В аналогичном 26устройстве Дирксена при работе с образцами таких размеров максимальныйобъем воды, поступивший в образец завремя опыта. не превышал 100 см. Если выбрать в качестве начального и 25конечного напоров 1 =10 см и Ь =О,1 см,то для поперечного сечения напорногососуда получим,17,67%1 И 1Из технических соображений в качестве сечения удобно выбрать прямоугольник, длина 1 которого постоянна, а ширина х меняется, обеспечивая необходи мое изменение площади. Поэтому17.67,5=1 х их = "-.ЬВыбрав 1 равным 10 см, получим17 67х = э"(а40В этом случае х меняется от 5556 см до 0,06 см при изменении и от0,1 до 10 см.Напорный сосуд изготавливается изоргстекла при его калибровке на лиУ43цевую плоскую стенку наносится шкала,показывающая объем жидкости в сосуде.Питающая насадка 7 имеет диаметр,равный диаметру колонки, пористая мем"брана 8 изготавливается из гидрофобного матеоиала, например фторопласта, и перфорируется строго одинаковыми отверстиями диаметром 1,5-2 мм,равномерно разнесенными по ее поверх.ности, толщина пористой мембраны 8примерно равна диаметру отверстий976351 Составитель Н. МеньшенинаРедактор Л. Гратилло Техред М.Гергель: Корректор Е, Рошкоее е ее е ее е е е Заказ 8995/ д. 4/5 Проектна г. Ужгород Пат лиал П Тираж 887ВНИИПИ ГосудаРспо делам изоб3035, Москва, Ж Подписное венного комитета СССР етений и открытий 35, Раушская наб.