Устройство для измерения капиллярного давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 б 3857 б ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВ ЕНИЯ КА ьэмериить отр в пористых шение точый элементн образуюлненного вумя паралкой. Капил- жидкостью кво к приборостроотрицательное пиллярно-пориочвах, грунтах, иалах, и может рения темперазных, жидких и лена предлагаемое сверху; на фиг. 2 -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Тверской политехнический инст(56) Авторское свидетельство СССРМ 832366, кл. 6 01 1 7/08, 1981.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1530950, кл, 6 013 7/00, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР ПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к и ной технике и позволяет измер тельное капиллярное давление телах, Цель изобретения - повы ности измерения. Измерительн состоит из двух плоских пласти щих капилляр, и колпачка, выпо виде П-образной крышки с дв лельными стенками и перемыч ляр частично заполнен рабочей 8, а его свободный конец вывед Изобретение относится ению и позволяет измерять капиллярное давление в ка стых телах, в частности в и торфах, строительных матер быть использовано для изме туры и давления в газообра вязко-пластичных средах,Цель изобретения - повышение то сти измерения,На фиг, 1 представ устройство, общий вид,)5 С 01 1 7/00, 7/18 ную полость. П-образная крышка установлена с возможностью поворота на 180 О, По длине капилляра установлены электроконтакты, а в его тупиковой части - контакты нуль-индикатора, который соединен с интегратором 15. На одной из параллельных стоек крышки выполнена мембрана, При измерении избыточного давления крышка установлена так, что мембрана размещается над полостью, а входное отверстие герметично закрыто перемычкой крышки. В случае измерения капиллярного давления поворотом крышки над полостью размещают жесткую стенку крышки, при этом пористая пробка расположена соосно с отверстием, Под действием отрицательного давления мениск жидкости перемещается, что регистрируется нуль-индикатором, который подает сигнал на блок управления, который, в свою очередь, включает блок питания. Напряжение с блока питания поступает на контакты. Возникающее электроосмотическое давление в. капилляре возвращает столб жидкости в исходное положение. 3 и. ф-лы, 7 ил. то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид с торца; на фиг, 4 - разрез А-А на фиг. 3 и схема. подключения устройства к вторичной измерительной аппаратуре; на фиг. 5 - схема размещения съемной крышки при измерениях давления;. на фиг. 6 - то же, при измерениях капиллярного давления, на фиг, 7 - схема размещения электроконтактов в капилляре.Устройство включает в себя измерительный элемент 1 (фиг. 1), содержащий две плоские пластины из электроизоляционно 1638576го материала - верхнюю 2 и нижнюю 3, колпачок, выполненный в виде П-образной крышки 4 с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой (фиг,2). Пластины 2 и 3 соединены друг с другом винтами 5, а крышка может быть прикреплена к пластинам винтами 6 (фиг. 3). В пластине 3 выполнен паз, изогнутый, например, в виде меандра и образующий в плоскости контакта пластин 2 и 3 плоский щелевой тупиковый капилляр 7 (фиг. 3 и 4). заполненный рабочей жидкостью 8. Открытый конец капилляра 7 выведен в сквозную полость 9 в 5 10 на с возможностью поворота на 180. На перемычке П-образной крышки размещена пористая пробка 11, установленная в сквозном отверстии крышки, 8 капилляре 7 имеется ряд последовательно расположенных вдоль продольной оси электроконтактов 12 в заполненной жидкостью части капилляра 7, а на границе жидкость 8 - воздух в тупиковой части капилляра 7 расположены контакты нуль-индикатора 13. Электро 20 25 контакты 12 соединены между собой полосками из термочувствительного мате-. риала, например никеля, и через специальные выводы подключены к измерителю 14 их омического сопротивления. Нуль-инди 30 катор 13 электрически соединен с блоком 15 управления, выполненным в виде интегратора, который соединен электрической цепью с блоком 16 питания (источником постоянного напряжения), Блок 16 питания электрической цепью соединен с электро- контактами 12, а к выходным контактам блока питания подключен вольтметр 17, Измерительный элемент 1 размещен в исследуемом материале 18, При этом на одной из параллельных стенок П-образной крышки в области сквозной полости 9 пластины установлена мембрана 19. Замкнутое про 35 40 странство в полости 9, закрытое мембраной 45 19, заполняется рабочей жидкостью при подготовке устройства к работе,Устройство работает следующим образом.Тщательно отмытые пластины 2 и 3 стягивают винтами 5, и торцом, где располо 50 жен открытый конец капилляра, погружают в рабочую жидкость 8(дистилированную воду), Жидкость 8 под действием капиллярных 55 сил заполняет капилляр до тех пор, пока не установится равновесие между капиллярными силами, действующими на жидкость 8 с одной стороны, и давлением сжатого воздуха в тупиковой части капилляра 7 с другой. Затем непосредственно в жидкости 8 пластине 3 (фиг. 5 и 6). Полость 9 сообщена с торцом пластины 3 сквозным отверстием 15 10 (фиг, 4). П-образная крышка 4 установле-на устройство 1 надевают крышку 4 таким образом, чтобы полость 9 пластины 3 была полностью заполнена жидкостью 8, Крышку закрепляют так, чтобы сквозная полость 9 и мембрана 19 совпали (фиг. 5), а входное отверстие 10 было герметично закрыто крышкой 4. Собранное таким образом устройство 1 подготовлено к измерению давления и температуры. В случае необходимости измерения капиллярного давления и температуры крышку 4 погружают в жидкость 8, и под вакуумом пропитывают пробку 11, после чего крышку 8 поворачивают на 180 и устанавливают (фиг. 6) таким образом. чтобы полость 9 была защищена жесткой стенкой (без мембраны) крышки 4, а пробка 11 была соосно расположена с отверстием 10. Подготовленный таким образом измери- тельный элемент 1 размещают в исследуемом материале 18.При измерениях капиллярного давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 6, возникающее в поровой жидкости отрицательноедавление, воздействуя на жидкость 8, пропитывающую пробку 11, передается на столбик жидкости 8 в капилляре 7. При этом нарушается равновесие между жидкостью 8 и сжатым воздухом в тупиковой части капилляра 7 (фиг. 4 и 7). и мениск жидкости 8 перемещается, что регистрируется нуль-индикатором 13. Нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управления питанием, который включает блок 16 питания, Напряжение с входных клемм блока 16 питания поступает на контакты 12, и в капилляре 7 возникает электроосмотическое давление. Действующие в капилляре 7 электроосмотические силы при последовательном расположении электродов 12 суммируются, причем величина и направление действующих электроосмотических сил зависят от полярности и величины прилокенного к электроконтактам 12 напряжения. Электроосмотическое давление в капилляре 7, направленное в сторону, противоположную измеряемому отрицательному капиллярному давлению, растет до тех пор, пока столбик жидкости 8 в капилляре 7 не вернется в исходное положение, что и фиксируется нуль-индикатором 13. Таким образом. столбик жидкости 8 в капилляре 7 находится в динамическом равновесии, и при изменении его положения в капилляре 7 нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управления, который посредством задания необходимого напряжения на выходе блока 16 питания возвращает жидкость 8 в исходное положение. Учитывая равенство капиллярного и электроосмотического давления, 1638576измерение капиллярного давления осуществляется по величине и полярности напряжения подаваемого на электроосмотические ячейки, образованные электроконтактами 12, и регистрируется с помощью 5 вольтметра 17, Измерение температуры в исследуемом материале осуществляют путем замера омического сопротивления проводников, соединяющих между собой контакты 12 с помощью измерителя 14 со противления, например, цифрового омметра), При измерении общего давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 5. сквозное отверстие 10 герметично закрыто, а перемещение мени ска жидкости 8 в капилляре 7 происходит в результате прогиба мембраны 19 поддействием внешнего давления. Расчет величины измеряемого давления выполняется по формуле, связывающей величину электроосмо тического противодавления и напряжения на контактах 12Р=Рп= Хп,20 Е пл, г 2где Р - измеряемое давление;Р - величина электроосмотическогодавления, создаваемого одной электроосмотической ячейкой из двух электродов;и - число электродов;О - диэлектрическая проницаемостьжидкости;Е - разность потенциалов (напряжение),прикладываемая к контактам электроосмотических ячеек;фп - электроосмотический потенциал;г - радиус капилляра в рассматриваемом случае толщина капиллярной щели).Предлагаемое устройство работает какв области положительных, так и в областиотрицательных давлений. Формула изобретения1. Устройство для измерения капиллярного давления, содержащее две контактирующие между собой пластины из электроизоляционного матерала и источник постоянного напряжения, при этом на контактирующей поверхности первой пластины выполнен паз в виде тупикового капилляра, частично заполненного рабочей жидкостью, по длине которого установлены электроконтакты, а в тупиковой его части - преобразователь перемещения рабочей жидкости в электрический сигнал, при этом открытый конец капилляра снабжен съемным колпачком, от лича ю щеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем преобразователь перемещения жидкости выполнен в виде нуль-индикатора, а электроконтакты соединены электрической цепью с введенным в устройство вольтметром и с источником постоянного напряжения, при этом нуль-индикатор соединен с введенным в устройство блоком управления, подключенным к источнику постоянного напряжения.2,Устройство поп. 1, отлича ющеес я тем, что, с целью расширения области применения, в нем в одной из пластин на свободном конце капилляра выполнена сквозная полость, заполненная рабочей жидкостью, а съемный колпачок выполнен в виде крышки с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой, при этом параллельные стенки размещены на плоскости пластин, а перемычка - на торце, причем на одной из параллельных стенок в области сквозной полости пластины установлена мембрана, а между сквозной полостью и торцом пластины и на перемычке выполнены сквозные отверстия, расположенные симметрично относительно продольной оси устройства, при этом сквозное отверстие перемычки снабжено пористой пробкой,3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в нем электроконтакты соединены проводниками, выполненными из термочувствительного материала, которые через дополнительные выводы подключены к введенному в устройство измерителю омического сопротивления.1638576 фоси 2 блока литании Корректор А,Осауленко едактор Т.Парф а аказ 922 Тираж 358 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101( ) СоставителТехред М.М Е.Швая гентал блокц упродлени лиаГаниеи б