Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов Российский патент 2024 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 измерения объема и определения плотности, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который последовательно через вентили соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом и насосом, создающий изменение давления одновременно в двух сосудах, с последующим перекрытием вентилей и последовательным обратным перепуском воздуха открыванием вентилей сначала в измерительный сосуд до достижения в нем атмосферного давления с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, а затем в сосуд для проб также с измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, при этом объем тела определяется по формуле , где - искомый объем тела, - объем каждого сосуда, - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, - величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде; а плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле (Патент № 2744281 РФ, МПК G01F 17/00, G01N 9/26. Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен. Х., Цветкова Е.М., Гайнуллин Риш. Х., Федотова А.А., Воронцова В.В. № 2020124266; заявл.22.07.2020; опубл. 04.03.2021; бюл. № 7).

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, соединенный с измерительным сосудом и датчиком давления пневмопроводом с вентилем, закрывание вентиля между измерительным сосудом и сосудом для проб, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, открывание крана между измерительным сосудом и сосудом для проб, уравновешивающего давление в сосудах, снятие показания датчика давления, вычисление объема частиц, осуществляемый последовательным трехкратным перепуском воздуха, первый из которых осуществляют открыванием вентилей между сосудами с фиксацией равновесного давления и вычислением объема тела по формулам , , второй перепуск воздуха между одним из сосудов и атмосферой осуществляют до достижения в нем атмосферного давления, причем в другом сосуде сохраняется прежнее равновесное давление, а затем повторный перепуск между сосудами с фиксацией равновесного давления и вычислением объема тела по формулам , , , , где - величина первоначального изменения давления в одном из сосудов, и - величины равновесного давления в сосудах после первого перепуска, , , , - величины равновесного давления в сосудах после второго перепуска; плотность исследуемого пористого тела определится по формулам , , , (Патент № 2775151 РФ, МПК G01N 9/26. Способ и устройство для измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен. Х., Гайнуллин Риш. Х., Цветкова Е.М. № 2021130427; заявл. 19.10.2021; опубл. 28.06.2021; бюл. № 19).

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений.

Техническим результатом является повышение технологичности процедуры и точности измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.

Технический результат достигается тем, что способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для пробы, который снабжен датчиком давления и через вентиль соединен с монтажной крестовиной, закрывание вентиля между сосудом для проб и монтажной крестовиной, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, снабженный датчиком давления и через вентиль соединенный с монтажной крестовиной, снятие показаний датчиков давления, согласно изобретению осуществляют изменением давления последовательно в каждом из сосудов на одинаковую величину объема воздуха, измеряемого и фиксируемого расходомером, с последующим закрыванием вентилей между сосудами и монтажной крестовиной, измерением и фиксацией давлений в сосудах и вычислением объема тела по формуле:

,

где - искомый объем тела,

- объем каждого сосуда,

- величина изменения давления в сосуде для проб,

- величина изменения давления в измерительном сосуде;

плотность исследуемого пористого тела определится по формуле:

,

где - плотность исследуемого пористого тела,

- масса исследуемого пористого тела.

Предлагаемый способ позволяет повысить технологичность процедуры, а также точность измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.

В патентной и научно-технической литературе подобного способа для 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, включающее монтажную крестовину 1, к трем концам которой через вентили 2, 3, 4 присоединены аналогичные по объему сосуд для проб 5 и измерительный сосуд 6, снабженные датчиками давления 7, 8, и расходомер 9 с пневмонасосом 10, создающий изменение давления, а к четвертому концу присоединен перепускной клапан 11.

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. Взвешивают образец 12, определяя его массу m. Для измерения объема исследуемого образца его помещают в сосуд для проб 5, при этом вентили 2, 3, 4 открыты, а в сосудах 5 и 6 установлено атмосферное давление. После этого закрывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который из сосуда для проб 5 перемещает воздух в атмосферу объемом , регистрируемый расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 7. После закрытия вентиля 2 с помощью перепускного клапана 11 осуществляют перепуск воздуха между атмосферой и полостью монтажной крестовины. Затем открывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который из измерительного сосуда 6 перемещает воздух в атмосферу аналогичного объема , регистрируемого расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 8. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 5 и 6 при атмосферном давлении и после удаления части воздуха можно отразить уравнениями, которые починяются закону Бойля-Мариотта:

где - величина атмосферного давления,

- величина изменения давления в сосуде для проб,

- величина изменения давления в измерительном сосуде,

- объем каждого сосуда,

- искомый объем тела,

- объем воздуха, перемещаемый из сосудов в атмосферу.

Упрощая выражения (1) и (2) и выражая из них , получим:

Приравнивая правые части уравнений (3), (4), и, решая относительно искомого объема тела , получим уравнение для расчета объема исследуемого тела 12:

Используя известную величину объема сосуда и измеренные величины и можно рассчитать объем исследуемого тела 12, в свою очередь плотность определится по формуле:

При работе пневматической системы в режиме избыточного давления измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом. Взвешивают образец 12, определяя его массу m. Для измерения объема исследуемого образца его помещают в сосуд для проб 5, при этом вентили 2, 3, 4 открыты, а в сосудах 5 и 6 установлено атмосферное давление. После этого закрывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который в сосуд для проб 5 перемещает воздух из атмосферы объемом , регистрируемый расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 7. После закрытия вентиля 2 с помощью перепускного клапана 11 осуществляют перепуск воздуха между атмосферой и полостью монтажной крестовины. Затем открывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который в измерительный сосуд 6 перемещает воздух из атмосферы аналогичного объема , регистрируемого расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 8. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 5 и 6 при атмосферном давлении и создания избыточного давления можно отразить уравнениями, которые починяются закону Бойля-Мариотта:

где - величина атмосферного давления,

- величина изменения давления в сосуде для проб,

- величина изменения давления в измерительном сосуде,

- объем каждого сосуда,

- искомый объем тела,

- объем воздуха, перемещаемый из атмосферы в сосуды.

Упрощая выражения (7) и (8) и выражая из них , получим:

Приравнивая правые части уравнений (9), (10), и, решая относительно искомого объема тела , получим уравнение для расчета объема исследуемого тела 12:

Используя известную величину объема сосуда и измеренные величины и можно рассчитать объем исследуемого тела 12, в свою очередь плотность определится по формуле:

Использование предлагаемого способа позволяет повысить технологичность процедуры, а также точность 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 произвольной формы, различной влажности, а также фракционного состава, и может использоваться во всех областях исследования или применения пористых объектов. Способ измерения объема и определения плотности пористых тел включает взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для пробы, который снабжен датчиком давления и через вентиль соединен с монтажной крестовиной, закрывание вентиля между сосудом для проб и монтажной крестовиной, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, снабженный датчиком давления и через вентиль соединенный с монтажной крестовиной, снятие показаний датчиков давления, согласно изобретению, осуществляют изменением давления последовательно в каждом из сосудов на одинаковую величину объема воздуха, измеряемого и фиксируемого расходомером, с последующим закрыванием вентилей между сосудами и монтажной крестовиной, измерением и фиксацией давлений в сосудах и вычислением объема тела по формуле: , где V_Т - искомый объем тела, V_C- объем каждого сосуда, ΔP₁ - величина изменения давления в сосуде для проб, ΔP₂ - величина изменения давления в измерительном сосуде; плотность исследуемого пористого тела определится по формуле: , где - плотность исследуемого пористого тела, - масса исследуемого пористого тела. Технический результат - повышение технологичности процедуры и точности измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава. 1 ил.

Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для пробы, который снабжен датчиком давления и через вентиль соединен с монтажной крестовиной, закрывание вентиля между сосудом для проб и монтажной крестовиной, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, снабженный датчиком давления и через вентиль соединенный с монтажной крестовиной, снятие показаний датчиков давления, отличающийся тем, что изменение давления осуществляют последовательно в каждом из сосудов на одинаковую величину объема воздуха, измеряемого и фиксируемого расходомером, с последующим закрыванием вентилей между сосудами и монтажной крестовиной, измерением и фиксацией давлений в сосудах и вычислением объема тела по формуле: , где V_Т – искомый объем тела, V_С – объем каждого сосуда, ΔP₁ – величина изменения давления в сосуде для проб, ΔP₂ – величина изменения давления в измерительном сосуде; плотность исследуемого пористого тела определится по формуле:

, где ρ – плотность исследуемого пористого тела, m – масса исследуемого пористого тела.