Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов Российский патент 2023 года по МПК G01F17/00 G01N9/26 

Изобретение относится к технике измерения объемов и определения плотностей пористых тел произвольной формы, различной влажности, а также фракционного состава и может использоваться во всех областях исследования или применения пористых объектов.

Известен способ определения объема и плотности частиц грунта, включающий помещение пробы грунта в емкость для пробы, соединенную с измерительной емкостью и датчиком давления пневмопроводом с вентилем, закрывание вентиля между измерительной емкостью и емкостью с пробой, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительной емкости, открывание крана между измерительной емкостью и емкостью с пробой, уравновешивающего давление в емкостях, снятие показаний датчика давления, вычисление объема частиц по формуле , где - избыточное давление в емкости объемом , - избыточное давление в системе объемом . А плотность частиц грунта находят по формуле (Патент № 2397474 РФ, МПК G 01 N 9/26. Способ определения объема и плотности частиц грунта и устройство для его осуществления / Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Панин В.Н. №2009123698/28; Заявл.22.06.2009; Опубл. 20.08.2010; Бюл. № 23).

Недостатком данного способа является возможность измерения показателей при функционировании пневмосистемы только в режиме избыточного давления.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения объема и определения плотности пористых тел, предусматривающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который через вентиль соединен с пневмонасосом, создающий изменение давления, с последующим перекрытием вентиля и последовательным перепуском воздуха открыванием вентиля с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, вычисление объема тела по уравнению прямой, полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, а прямая характеризуется уравнением , причем прямая проходит по двум точкам с координатами [; 0], при тарировке пустого сосуда, и [; ] - соответствующей характеристикам эталонного тела, где - искомый объем тела, и - коэффициенты уравнения прямой, - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, - объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определится по формуле (Патент № 2784234 РФ, МПК G01F 17/00, G01N 9/26. Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен.Х., Романов А.В., Гайнуллин Риш.Х., Цветкова Е.М. № 2022113307; Заявл. 24.06.2022; Опубл. 23.11.2022; Бюл. № 33).

Недостатком данного способа является необходимость учета и фиксации расхода воздуха для дальнейших расчетов, что снижает точность измерения объема и определения плотности пористых материалов.

Технический результат - повышение точности и технологичности процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.

Указанный технический результат достигается тем, что Способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который через вентиль соединен с пневмонасосом, создающий изменение давления, с последующим перекрытием вентиля и фиксацией расходомером и датчиком давления величин изменения объема воздуха и давления, вычисление объема тела по уравнению прямой, полученной путем построения тарировочного графика, согласно изобретению, по оси абсцисс графика отсчитывается величина изменения давления воздуха в сосуде для проб, а прямая характеризуется уравнением , причем прямая проходит по двум точкам с координатами [; 0], при тарировке пустого сосуда, и [; ] - соответствующей характеристикам эталонного тела, где - искомый объем тела, и - коэффициенты уравнения прямой, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, - объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определится по формуле .

Предлагаемый способ измерения объема и определения плотности пористых тел позволяет повысить точность и технологичность проведения процедуры

В патентной и научно-технической литературе подобного способа измерения объема и определения плотности пористых тел не обнаружено.

Вышеизложенный способ иллюстрируется графически, где на фиг. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ для измерения объема и определения плотности пористых тел, на фиг. 2 - тарировочный график для определения объема исследуемого тела.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, включает пневмонасос 1, который через вентиль 2 с помощью трубопровода, включающего расходомер 3 и датчик давления 4, соединен с сосудом для проб 5, снабженный перепускным клапаном 6 и герметично закрывающийся крышкой 7; Согласно предложенному способу измерение объема и определение плотности пористых тел может осуществляться как в режиме разрежения, так и в режиме избыточного давления.

При работе пневматической системы в режиме разрежения измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом.

На первоначальном этапе осуществляют определение координат и построение первой точки тарировочного графика, соответствующей моменту, когда сосуд для проб пуст. Для этого при открытом вентиле 2 в герметично закрытом крышкой 7 сосуде для проб 5 с помощью пневмонасоса 1 создают разрежение путем перемещения в атмосферу определенного количества воздуха , фиксируемого расходомером 3, и закрывают вентиль 2. После этого осуществляют измерение и фиксацию перепада давления воздуха в сосуде для проб 5. Для приведения пневмосистемы в исходное состояние и выравнивания давления в сосуде для проб 5 с атмосферным используется перепускной клапан 6.

На следующем этапе осуществляют определение координат и построение второй точки тарировочного графика. Для этого в сосуд для проб 5 помещают эталонное тело известного объема и повторяют вышеописанную процедуру измерения величины .

Полученные на предыдущих этапах точки соединяют прямой, которая для удобства может быть описана уравнением

где - объем исследуемого тела,

, - коэффициенты уравнения прямой,

- величина изменения давления воздуха в сосуде для проб.

Таким образом, упрощается процедура тарировки и, соответственно, последующего измерения объема исследуемого образца.

Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значения , а затем рассчитывают объем тела по выражению (1).

В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:

При работе пневматической системы в режиме избыточного давления измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом.

На первоначальном этапе осуществляют определение координат и построение первой точки тарировочного графика, соответствующей моменту, когда сосуд для проб пуст. Для этого при открытом вентиле 2 в герметично закрытом крышкой 7 сосуде для проб 5 с помощью пневмонасоса 1 создают избыточное давление путем перемещения из атмосферы определенного количества воздуха , фиксируемого расходомером 3, и закрывают вентиль 2. После этого осуществляют измерение и фиксацию перепада давления воздуха в сосуде для проб 5. Для приведения пневмосистемы в исходное состояние и выравнивания давления в сосуде для проб 5 с атмосферным используется перепускной клапан 6.

На следующем этапе осуществляют определение координат и построение второй точки тарировочного графика. Для этого в сосуд для проб 5 помещают эталонное тело известного объема и повторяют вышеописанную процедуру измерения величины .

Полученные на предыдущих этапах точки соединяют прямой, которая для удобства может быть описана уравнением

где - объем исследуемого тела,

, - коэффициенты уравнения прямой,

- величина изменения давления воздуха в сосуде для проб.

Таким образом, упрощается процедура тарировки и, соответственно, последующего измерения объема исследуемого образца.

Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значения , а затем рассчитывают объем тела по выражению (3).

В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:

Использование данного способа позволит повысить точность и технологичность процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.

Изобретение относится к технике измерения объемов и определения плотностей пористых тел. Объем тела вычисляется по уравнению прямой , полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается величина изменения давления воздуха в сосуде для проб в режиме разрежения или избыточного давления, а по оси ординат - соответствующий этой величине изменения объем тела , прямая проходит по двум точкам: с координатами [; 0], при тарировке пустого сосуда, и [; ] - соответствующей характеристикам эталонного тела, где - искомый объем тела, и - коэффициенты уравнения прямой, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, - объем эталонного тела, плотность пористого тела определяют по формуле . Технический результат - повышение точности и технологичности процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава. 2 ил.

Способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который через вентиль соединен с пневмонасосом, создающий изменение давления, с последующим перекрытием вентиля и фиксацией расходомером и датчиком давления величин изменения объема воздуха и давления, вычисление объема тела по уравнению прямой, полученной путем построения тарировочного графика, отличающийся тем, что на первоначальном этапе осуществляют определение координат и построение первой точки тарировочного графика, соответствующей моменту, когда сосуд для проб пуст, посредством того, что создают разрежение при открытом вентиле в герметично закрытом крышкой сосуде для проб с помощью пневмонасоса путем перемещения в атмосферу определенного количества воздуха , фиксируемого расходомером, или создают избыточное давление путем перемещения из атмосферы определенного количества воздуха , фиксируемого расходомером, и закрывают вентиль, после чего осуществляют измерение и фиксацию перепада давления воздуха в сосуде для проб, далее выравнивают перепускным клапаном давление с атмосферным в сосуде для проб, на следующем этапе осуществляют определение координат и построение второй точки тарировочного графика, для чего в сосуд для проб помещают эталонное тело известного объема и повторяют вышеописанные действия для измерения величины , а для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру, аналогичную с эталонным телом с получением значения , при этом по оси абсцисс графика отсчитывают величину изменения давления воздуха в сосуде для проб, полученные на предыдущих этапах точки соединяют прямой, которая характеризуется уравнением , причем прямая проходит по двум точкам: с координатами [; 0], при тарировке пустого сосуда, и [; ] - соответствующей характеристикам эталонного тела, где V_m - искомый объем тела, b и k - коэффициенты уравнения прямой, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб, - величина изменения давления воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, - объем эталонного тела, m - масса исследуемого тела, а плотность исследуемого пористого тела определяют по формуле .