Устройство для определения газопроницаемости пористых материалов

. Гомельски есоюзного нститута лиейной технойного произтейного огни и водо тва 53) 5-36,ехн ате 1975СССР 1972 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ( 39.2 17. 1(088.8) (56) 1, Медведев Я. И, и др. ческие испытания формовочных М фМашиностроениеф, 1973,2. Авторское свидетельство Ж 586372, кл. 601 Й 3.5/083. Авторское свидетельство И 449284, кл. 001 й 15/08 (прототип),(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ МА ТЕРИА ЛОВ, содержащеегильзу для помещения испытуемого образца с прижимным устройством, источниксжатого воздуха, преобразователь пневматического сигнала в электрический, блокуправления и блок индикации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с пелью повышения точности определения газопроницаемости и удобства регистрации и ввода вАСК путем получения результата в.цифровом коде, в него введены делитель потока воздуха и мнагомембранный элементсравнения, причем выход источника сжатого воздуха соединен с первым входом дели- теля потока воздуха и первым входом многомем бранного элемента с равненйя, второй вход которого соединен с первым входом делителя потока воздуха, подключенного к гильзе для испытуемого образца, а выход многомембранного элемента сравнения через преобразователь пневматического сигнала в электрический соединен с управляющим входом дели теля потока воздуха, тактовый вход которого подключен к выходу блока управления, при этом второй выход делителя потока воздуха соединен с блоком индикации.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что делитель потока воздуха выполнен в виде набора калиброванных отверстий, с каждым гэ которых последовательно включен электропневматический клапан, электромагниты электро- пневматических клапанов электрически соединены с выходами регистра последовательных приближений, при этом входы калиброванных отверстий подключены к выходу источника сжатого воздуха, а выхопы электропневматических клапанов сое-; (ив динены с первым выходом делителя пото- СО ка воздуха, причем управляющий вход ре- Я гистра последовательных приближений ., фпошипочен к выходу преобразователя пнев- а. 1 матического сигнала в электрический, р,тактовый вход к выходу блока управления, а выходы регистра последовательных приближений соединены с соответствующими входами блока индикации. 3 фИзобретение относи 5 ся к измерению характеристик материалов, в частности пористых уплотненных материалов, применяемых в литейном производстве (формовочных и стержневых смесей) и в строительстве.Гаэопроницаемость определяется соотношением 0 - ОЬ ЧИг1р 5 рС10Йигде К - газопроницаемость;- удельный расход газа черезединичную поверхность испытуемого образца; 15р - перепад давления на образце;- толщина слоя материала (высота образца);- расход газа через испытуемыйобразец;205 - площадь поперечного сеченияобразца;/ - объем газа, прошедшего черезобразец,1 - время испытания. 25Известно устройство для определения газопроницаемости, содержащее источник сжатого воздуха постоянного давления, гильзу для испытуемого образца и блок регистрации, В данном устройстве определенный объем воздуха пропускается че рез испытуемый образец при стабилизированном перепаде давления на образце и фиксируется время, в течение которого этот объем пройдет. Источник сжатого воздуха постоянного давления в устройстве выполнен в виде колокола с водяным , затвором 11 .Такое устройство позволяет проводить определение газопроницаемости ускорен 40 ным методом. При этом перед образцом последовательно с ним включается пневматическое сопротивление (дроссель) и с помощью манометра измеряется перепад давления на образце, величина которого связана нелинейной зависимостью с газопроницаемостью, поскольку пневматическое сопротивление является в большинсч ве случаев турбулентным, а образец представляет собой ламинарное сопротивление.50Недостатком данного устройства является значительное время испытаний, что исключает возможность его использования для экспресс-испытаний в производственных условиях.55Известно устройство для определения газопроницаемости, в котором в качестве источника сжатого воздуха используется пневмомагистраль, имеется специальное устройство поддержания постоянного дав 1 ления перед образцом и ламинарный дроссель, перепад давления на котором измеряется манометром. Введение ламинарного дросселя способствует линеаризации характеристики прибора21 .Однако в указанном устройстве точность измерения невелика из-за манометрического стрелочного отсчетного устройс тва. Реализация ламинарного дросселя/со стабильными во времени характеристиками представляет сложную техническую задачу. Кроме того, устройство не обеспечивает вывод результатов измерения на регистрацию и в АСУ смесеприготовления.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения газопроницаемости, содержащее гильзу для помещения испытуемого образца с прижимным устройством, источник сжатого воздуха, преобразователь пневматического сигнала в электрический, блок управления и блок индикации. Источник сжатого воздуха выполнен в виде сильфона, сжимаемого электромагнитом. После установ ки испытуемого образца электромагнит срабатывает, сжимает сильфон, образующееся перед образцом давление преобразуется в электрический сигнал, который передается на регистрирующий прибор (показываюшйй или записывающий). Газо- проницаемость определяется по максимумудавления 3 ),К недостагкам известного устройства относится невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью скорости нарастания давления от быстродействия электромагнита, которое, в свою очередь, зависит от напряжения питания и коэффициента трения подвижного якоря. Кроме того, выявление максимума показаний йри наличии показывающего прибора знач ительно ухудшает точность отсчета показаний и затрудняет пользование прибором, а использевание записывающего прибора усложняет и удорожает конструкцию и не избавляет от неудобств, связанных с поиском максимума. Несмотря на наличие в устройстве выходного электри ческого сигнала, его использование для передачи информации в АСУ весьма эатруд. вительно, так как необходимо выявлять максимум сигнала, осуществлять его пре образование в код.Бель изобретения - повышение точ- ности измерения газопроницаемости по3 1032 ристых материалов и удобства регистрации и ввода в АСУ путем получения результата измерения в цифровом коде.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения гаэопроницаемости пористых материалов, содержащее гильзу для помещения испытуемого образца с прижимным устройством, источник сжатого воздуха, преобразователь пневматического сигнала в элек трический, блок управления и блок индикации, введены делитель потока воздуха и многомембранный:элемент сравнения, причем выход источника сжатого воздуха соединен с первым входом делителя потока воздуха и первым входом многомембранного элемента сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом делителя потока воздуха, подключенного к гильзе для, испытуемого образца, а выход многомембранного элемента сравнения через преобразователь пневматического сигнала в электрический соединен с управляксцим входом делителя потока воздуха, тактовый вход которого подключен к выходу блока управления, при этом второй выход делителя потока воздуха соединен с блоком индикации.Делитель потока воздуха выполнен ввиде набора калиброванных отверстий, с каждым из которых последовательно включен электропневматический клапан, электромагниты электропневматических клапанов электрически соединены с выходами регистра последовательных прибпижений, при этом входы калиброванных отверстий35 подключены к выходу источника сжатого воздуха а выходы электропневматических клапанов соединены с первым выходом делителя потока воздуха, причем управляю.40 ший вход регистра последовательных приближений подключен к выходу преобразователя пневматического сигнала в электрический, тактовый вход - к выходу . блока управления, а выходы регистра последовательных приближений соединены45 с соответствующими входами блока индикацииВ предлагаемом устройстве повышение точности достигается выбором числа разря дов делителя пртока воздуха, стабилиэа 50 цией перепада давления на калиброванных отверстиях за счет независимости показаний от стабильности давления источника, цифровым отсчетом показаний, отсутствием необходимости производить отсчет газс проницаемости в момент достижения сигналом максимального значения. Устройся- во также обеспечивает передачу сигнала 371 4в цифровом виде (наиболее удобном) длярегистрации и ввода в АСУ,На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,Устройство состоит из источника 1сжатого воздуха, последовательно с которым соединен делитель потока воздуха(ДП) 2, прижимного устройства 3, гильзы 4 с заформовачным в нее стандартным образцом 5 исследуемой смеси, блока 6 индикации, многомембранного элемен/та 7 сравнения, подсоединенного параллельно,О 12, последовательно с которымвключен преобразователь 8 пневматического сигнала в логический электрическийсигнал.Делитель 2 потока воздуха содержитнабор калиброванных отверстий 9. Последовательно с каждым отверстием включены электропневматические клапаны 10.Электромагниты клапанов 10 соединеныс выходами регистра 11 последовательных приближений, к которым также под-.соединены входы блока 6 индикации.Тактовый вход регистра 11 последовательных приближений соединен с выходом блока 12 управления.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на выходах регистра 11 последовательных приближенийнулевые потенциалы, все электромагнитыклапанов 10 обесточены и сжатый воздухот источника 1 не проходит через калиброванные оверстия 9 к образцу 5, сформованному стандартным способом в гильзе 4и установленному под прижимное устройство 6, Начало цикла измерения формируется блоком 12 управления, который начинает генерировать тактовые импульсына ДП 2, При поступлении первого тактового импульса в регистр 11 на одном изего выходов появится единичный сигнали соответственно включится один .изэлектропневматических клапанов 10. Воздух от источника 1 через то калиброванноеотверстие 9, в цепи которого включилсяклапан 10, поступит через прижим 3 наобразец 8. Причем на первом тактовомимпульсе будет подключено наибольшееиэ калиброванных отверстий, Набор калиброванных отверстий 9 выполнен такимобразом, что обеспечивается делениевходящего потока в двоично-.десятичномкоде. Кажцое из отверстий имеет вессоответствующего разряда этого кода.На первом такте, таким образом, включится старший разряд ДП 2. Поступающий на образец воздух создает падениеО 20 3давления на нем. Если давление передобразцом в этом случае превысит определенный уровень, то срабатывает элемент 7 сравнения, пневматический сигнал с выхода которого преобразуется вэлектрический логический сигнал преобразователем 8 и поступает на управляющийвход регистра 11 На следующем тактеработы устройства старший разряд регистра 11 в этом случае перейдет иэ единичного в нулевое состояние, соответственно будет отключен старший разряд ДП 2,так как отключится электромагнит и закроет выход наибхтьшего из калиброванных отверстий 9, а включится электромагнит следующего го величине калиброванного отверстия (следующий по старшинству разряд) .Если же давление перед образцом непревысит заданный уровень, то элемент 7сравнения не сработает и на выходе преобразователя 8 будет противоположныйпредыдущему случаю логический сигнал,При этом на следующем такте работыстарший разряд останется вюпоченным иодновременно к нему подключится параллельно следующий по старшинству разрядНа выходе старшего разряда 11 будет вэтом случае логическая единица,Аналогичнью процессы протекают ипри включении каждого последующего разряда ДП 2. В зависимости от результатасравнения происходит запомина,ние либоединичноголибо нулевого сигнала в каждом разряде регистра 11, Так реализуется алгоритм последовательного приближения к измеряемой величине, цикл измерения будет завершен после подключенияпоследнего по старшинству (младшего)разряда. На выходах регистра 11 в концецикла будет набор логических единиц инулей, который и является кодом измеряемой величины, Этот код поступает наблок 6 индикации, где дешифруется и высвечивается в цифровом виде,Для уменьшения погрешности измерения в предлагаемом устройстве уставкадавления срабатывания элемента 7 срвзнения формируется из давления на выходеисточника 1 сжатого воздуха. ПокажемЭто. Для данного устройства справедливывыражения: где 6 - расход через образец;- давление на выходе источника 1Г - гаэопроницаемость образца;- гаэопроницаемость ДП.Поскольку через ДП и образец проходитодин и тот же поток воздуха, то 9 ф,5 следовательно Так как в устройстве применен многомембранный элемент сравнения, причемдавление перед образцом подается намембрану с меньшей площадью, то в мо 5 мент срабатывания справедливо выражениеР=КРО, где К - отношение площадеймембран элемента сравнения, на которыевоздействуют входные давления. Отсюда Таким образом, применение многомембранного элемента сравнения с различнымиплощадями мембран, на которые воздейсъ 25 вуют давление с выхода источника 1 (намембрану с меньшей плопрьдью) и давление перед образцом 5, позволяет получитьрезультат измерения, не зависящий отстабильности давления Рна выходе источника 1,В момент окончания измерения перепад давления на калиброванных отверстияхвсегда одинаковь поэтому в данном устройстве могут быть использованы турбу 35 лентные дроссели (отверстия), что невызовет ни цоявления нелинейности, нипогрешности, поскольку калибровка этихотверстий производится при том же перепаде давлений, которое будет на этих от 40 верстиях при работе.Предлагаемое устройство позволяетповысить точность измерения выборомсоответствующего числа разрядов цифрового давления потока, а также эа счет45 независимости результата измерения отстабильности давления источника сжатоговоздуха и иэ-за постоянства перепада давления на калиброванных отверстиях, кроме того, дает возможность получить ре 50 зультат в цифровом виде, что снижаетвероятность ошибок при считывании показаний, позволяет осуществить вывод результата на цифровую регистрацию либов ЭВМ для обработки, либо в АСУ смесе 55 приготовленияпоследнее существенноувеличивает достоверность и оперативность контроля и приводит к снижению,брака литья.