Способ определения влажности материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ш 4 О 01 ) 7/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН АЗ ССР(56) Митчел Дж., Смит Д. АкваметрияМ.; Химия, 1980, с, 554-558.Авторское свидетельство СССР В 1257458, кл. С 01 Я 7/16, 15.06.85. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промьпппенности, в сельском хозяйстве, в исследовательских работах. Я 01413480 А 1 Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности. Способ реализуется с помощью двух сильфонных сосудов (С) равного объема: для пробы и контрольного.С с пробой и контрольный сжимают и герметизируют. Измеряют объем Ч в контрольном С, Затем С расширяют и нагревают их до температуры Т судки пробы. Измеряют давления Р, и Р в обоих С и объем Ч контрольного С. Соединяют С между собой и измеряют давление Р . Расчет влажности )/ производят по формуле: 1/ = 100ц/( КТ) (Р - Р ) (Р, - Р, ) / (Р - Р, ) - (ргде р -молярная масса воды, кг/моль;плотность пробы кг/м 21; универсальная газовая постоянная Дж/ккал;абсолютная температура нагрева К 1. 45 Сущность способа заключается в следующем.(Влажность И образца материала определяется как отношение массы ш, испарившейся из образца влаги при его нагреве до температуры сушки, к массе М исследуемой пробы, т.е. 50 ш М = -М55 Для определения влажности (отно д шение - ) помещают пробу в сильфонМ ный сосуд, откачивают воздух из со 1 141348Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промьпппенности, в сельском хозяйстве, а также в исследовательских работах для определения влажности материалов.Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности материалов, 10На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Способ определения влажности материалов включает помещение пробы в сильфонный сосуд, откачку воздуха из сосуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до минимального объема, герметизацию сосудов, расширение сосудов, их нагрев до темпера туры сушки пробЫ и последующие измерения давлений Р, и Р в обоих сосу" дах, выполненных равными по объему. Перед расширением сосудов измеряют объем воздуха Ч в контрольном сосу де, после расширения и нагрева сосудов Фиксируют их положение, повторно измеряют объем воздуха Ч в контрольном сосуде при температуре нагрева, затем сосуды сообщают между собой и измеряют давление Р, в сосудах, а расчет влажности М производят по фор- мулеесуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до минимального объема и их герметизируют.После герметизации в сосудах остается некоторое количество воздуха.Масса воздуха ш в сосуде с пробойш = )(Ч" - Ч )где , - плотность воздуха;Чо- объем сосуда с пробой послесжатия;Ч - объем пробы, равный МЧУ(3) где у - плотность материала пробы (например, плотность волокон хлопка). Масса воздуха ш в контрольномсосуде о и) =у, Ч,о где Ч, - объем контрольного сосуда после сжатия, Отношение массы воздуха шов сосуде с пробой к массе воздуха ш в контрольном сосудеов) Ч(- Чш о2 Чо Ч ш = шг Чо г(4) где р, - молярная масса воздуха.Давление воздуха в контрольномсосуде Затем производят расширение сосудов до значения объемов Ч 1 и Ч иг осуществляют их нагрев до температуры сушки пробы.Вследствие нагрева давления Р и Р в сосудах повышаются.Давление Р в сосуде с пробой согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений ненасыщающих паров влаги Р, и воздуха Р, т.е.Р=Р+Р (5)Давления Р и Р согласно уравнению Менделеева-Клапейрона выражаются следующим образом:ш КТР Ч ((8) Р = ) - КТ + РгЧг(9) Измерив давления Р и Р (например, с помощью манометров, соединенных с сосудами) и объемы сосудов после их расширения Ч и Ч, сосуды сообщаются между собой. При этом объем, занимаемый парами воды и воздуха, увеличивается и становится равным Ч, + Ч - Ч, масса пара остается неизменной и равна ш, а масса воздуха равна сумме ш,+ шг. Следовательно, при этом парциальное давление паров влаги Р, аналогично формуле (6) определяется выражением и КТзг(10) парциальное давление воздухаР" = -"- в "д . , Сз,Ч+Ч - Ча 5 га общее давление Рз в сосудах выражается формулой, получаемой из формул(12) относительно Ч, получим формулудля определения влажности пробы 100 4=Ч=Ч чтопением сосудовформула (13) упследующий видф ии соотношения Ч =достигается изготовс равными объемами,рощается и принимает 100 М КТДавление Р, в сосуде с пробой с учетом формул: (4)-(8) выражается 5 уравнением Устройство содержит дна герметичных сосуда 1 и 2, выполненных в видесильфонон, один из которьм встроенкоаксиально вовнутрь другого, и имеющих общие основание и крышку, нагревательный элемент 3, терморегулятор 4,термоизолирующий кожух 5, дна преобразователя 6 и 7 давления в электрический сигнал, запорный электромагнитньп клапан 8, преобразователь 9линейного размера сильфона в электрический сигнал, преобразователь 10температуры н электрический сигнал,блок 11 вычисления влажности, блок 12управления, первый 13 и второй 14 коммутирующие элементы и регистрирующийблок 15.При этом преобразователи 6 и 7 давлений установлены, например, н крышкесильфонон, заподлицо к поверхности,обращенной внутрь сильфонон,В качестве преобразователя 9 линейных размеров можно использовать преобразователь любого типа - оптического, емкостного или механического. Начертеже показан преобразователь 9 линейных размеров механического типа,Электромагнитный клапан 8 соединенс сосудами 1 и 2. Нагревательный элемент 3 установлен внутри термоизолирующего кожуха 5,и его первый вход соединен с третьим выходом блока 12 управления, а второй вход соединен с выходом терморегулятора 4, вход которого соединен с выходом преобразователя 10 температуры в электрический сигнал, который также соединен с седьмым входом блока 11 вычисления влажности. Первый вход блока 11 вычисления влажности соединен с пятым выходом блока 12 управления, первый ивторой выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго коммутирующих элементов 13 и 14, Второй вход коммутирующего элемента 13 соединен с выходомпреобразователя 9 линейного размерасильфона в электрический сигнал, апервый и второй выходы коммутирующего элемента 13 соединены соответственно с вторым и пятым входами блока 11 вычисления влажности.Второй вход второго коммутирующего элемента 14 соединен с выходомпреобразователя 7 давления в электрический сигнал, а первый и второй вью"ходы коммутирующего элемента 14 соединЕны соответственно с третьим и5 14134 шестым входами блока 11 вычисления влажности. Выход преобразователя 6 давления в электрический сигнал соединен с четвертым входом блока 115 вычисления влажности. Четвертьп выход блока 12 управления соединен с электромагнитной катупкой (не показана) клапана 8. Выход блока 11 вычисления влажности соединен с входом регистрирующего блока 15.Сосуды 1 и 2 выполнены в виде силь- фонов, установленных коаксиально один вовнутрь другого закреплены на общемосновании и имеют общую крышкУ. Для 15 определения их объемов достаточно измерить высоту Н сильфонов и умножить ее. значение на площадь основания силь- фонов.Для упрощения процесса определения 20 объемов сосудов. оба сосуда 1 и 2 изготовлены таким образом, что площади их оснований Я, и Б, равны, т.е.Б, = Б, . При этом объемы сосудов 7 и Ч, также равны (Ч,= Ч,) и для их оп ределения достаточно измерить высоту сосудов Н, например, с помощью преобразователя 9 линейных размеров силь- фонов.Устройство работает следующим образом,В сосуд 1 помещают пробу исследу-,. емого материала и осуществляют откачку воздуха из обоих сосудов путем ихсжатия до минимально возможного объ 35ема с помощью устройства для сжатия не показано). При этом в процессе сжатия сосуды 1 и 2 разгерметизированы (открыта или неплотно закрытакрышка, сосуды сообщены с атмосферой 40 с помощью вентиля и т.д.).После сжатия сосудов 1 и 2 осуществляют их герметизацию, например, с помощью общей крьппки и измеряют начальный объем контрольного сосуда Ч, Для этого коммутирующий элемент 13 устанавливается на время измерения Ч в положение, соответствующее подключению его второго входа к первому выходу, и сигнал, пропорциональный объему Ч сильфона, с выхода преобразователя 9 поступает на второй выход блока 11 вычисления влажности. При этом установка коммутирующего элемента осуществляется, например, сигналом55 с выхода блока 12 управления.Затем осуществляют расширение и нагрев сосудов 1 и 2, Для этого отключают устройство для сжатия сосудов 8 О б(не показано) и включают нагревательный элемент 3, например, сигналом с выхода блока 12 управления.Отключение устройства для сжатия сопровождается эффектом саморасширения сильфонных сосудов, обусловленным их упругой силой, В результате силь- Фоны расширяются до наступления равновесия сил - силы упругости сильфона, стремящейся расширить сосуды, и силы атмосферного давления, стремящейся их сжать.Нагрев осуществляют с точностью +2 С до температуры, равной температуре сушки пробы. Мощностью нагрева управляет терморегулятор 4, Нагрев продолжается 3-5 мин, необходимых до полного испарения влаги из образца. В течение этого времени давление в сосуде 1 сначала увеличивается, что также приводит к расширению сосудов, а затем устанавливается постоянным, равным Р, что свидетельствует о полном испарении влаги.Давление в контрольном сосуде 2 в начале нагрева также повьппается. При установлении в сосуде 2 постоянной температуры, равной температуре сушки пробы, давление стабилизируется и становится равным РЗатем фиксируют положение сильфонов и измеряют давление в первом сосуде Р, и давление во втором сосуде Р,. Измерение давления в сосудах 1 и 2 осуществляют с помощью двух преобразователей 6 и 7 давлений, с выхода которых сигналы, пропорциональные, соответственно давлениям в сосудах 1 и 2, поступают на третий и четвертый входы блока 11 определения влажности. При этом сигнал с преобразователя 7 поступает на вход блока 11 вычисления влажности через первый выход второго коммутирующего элемента 14, установленного в данное положение на время измерения сигналом с блока 12 управления, Затем сосуды 1 и 2 сообщают между собой. Для этого сигналом с блока 12 управления открывают электромагнитный клапан 8. В результате давление в сосудах изменяется до значения Р . Измеряют величину давлениязР и объем Ч контрольного сосуда при зтемпературе нагрева, Для этого оба коммутирующих элемента 13 и 14 устанавливаются на время измерения в положение, соответствующее соединению их вторых выходов с вторыми входами.Измерение давления Р пр,оизводят с помощью второго преобразователя 7 давления, сигнал с выхода которого через второй коммутирующий элемент поступает на шестой вход блока 11 определения влажности.Измерение объема Ч контрольного сосуда при температуре нагрева производят с помощью преобразователя 9 линейных размеров в электрический сигнал, причем сигнал с выхода преобразователя 9, пропорциональный объему сосуда, через первый коммутирующий элемент 13 поступает на пятый вход блока 11 определения влажности. Значение температуры нагрева вводится в блок 11 определения влажности с выхода преобразователя 10 температуры, установленного в одном из сосудов 1 или 2. По измеренным значениям начальных объемов сосудов 1 и 2 (Ч, - Ч = Ч), давлений Р и Р в каждом из сосудов, давления Р в обоих сосудах после их сообщения, объема Ч контрольного сосуда при температуре нагрева, равной температуре сушки, значению абсолютной температуры нагрева Т, и по известным значениям молярной массы воды р , плотности у пробы, К - универсальной газовой постоянной , в блоке 11 вычисляется влажность Н исследуемого материала согласно формуле 14)13480 8 Формула изобретенияСпособ определения влажности Материалов, включающий помещение пробы в сильфонный сосуд, откачку воздуха из сосуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов, герметизацию сосудов, расширение сосудов, их нагрев до температуры сушки пробы и 10 последующие измерения давлений Р и Р в обоих сосудах, выполненных равными по объему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса определения влаж ности, перед расширением сосудов измеряют объем воздуха Ч в контрольном сосуде, после расширения и нагрева сосудов фиксируют их положение, повторно измеряют объем воздуха Ч в 20 контрольном сосуде при температуре нагрева, затем сосуды сообщают между собой и измеряют давление Р в сосудах, а расчет влажности производят по формуле 1000 р (Р, - Р ) Р, - Р ) уКТР Р Р Рч 1 е р - молярная масса воды,кг/мольу - плотность пробы, кг/м К - универсальная газовая по стоянная, Дж/ккалДр Т . - абсолютная температура н грева, К.