Способ определения объемной массы зернистого материала Советский патент 1983 года по МПК G01N9/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению объемной массы сыпучего или зернистого материала, в том числе и крупнообломочного грунта, в одометре с жесткими стенками.

Известен способ определения объемной массы крупнообломочного; грунта на модельных смесях в лабораторных условиях 1, где определение объемной массы крупнообломочного материала, под которой понимается вес единицы объема грунта, производится следуюЕцим образом: в емкость определенного объема засипают грунт, измеряют вес Р и высоту засыпки Ь , на основании полученных результатов определяют объемную массу материала по формуле ,

Т-4-т/м г|см .

Однако при определении объемной массы таким способом значение у не соответствует действительному значению объемной массы материала, поскол ку стенки прибора вносят существенны искажения, выражающиеся в так называемом эффекте стенки или масштабном эффекте, физическая сущность ко торого заключается в том, что в районе соприкосновения с плоскостью материал имеет меньшую объемную массу, поскольку со.стороны жесткой стенки отсутствуют фракции, которые своим взаимным проникновением увеличивают объемную массу.

Это объясняется тем, что безграничный объем рассечен мнимой плос- костью. При этом данная плоскость не вносит никаких искажений в объемную массу материала. Рассматривается правая часть материала, при этом мнимая плоскость заменяется на жесткую стенку. В этом случае, стенка должна представлять собой рельефнуй) поверхность. Однако, исходя из условия целостности зерен материала, в данном случае искусственно образованный пограничный дефицит материала должен быть исключен.

Эффект стенки или масштабный эффект таким образом обуславливается только площадью контакта материала со стенками прибора S

Если учесть, что пограничный объем, образованный плоскостью контакта материала со стенками прибора и величиной пограничных искажений Д , занимает сравнительную большую часть то ошибка в результатах измерений достигает существенной величины, порядка 20-30%.

Наиболее.близким к предлагаемому, является способ определения массы зернистого материала в, одометре с жесткими стенками, вд лючающий измерение веса Материала, помещенного в одометр известно о объема.

Для учета эффекта стенки материал в одометр засыпают послойно с соответствую1цим измерением высоты каждого слоя, при этом для наиболее точного определения значения объемной массы необходимо производить измерения, как минимум, трех слоев

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, обусловленная погрешностью, воэниканыей при контактировании материала с жесткими стенками одометра.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет ис-, ключения погрешности, обусловленной при контактировании материала с жесткими стенками одометра.

Эта цель достигается тем, что согласно способу определения объемной массы зернистого материала в одометре с жесткими стенками, включающему измерение веса материала, помещенног в одометр известного объема, в исследуемый материал дополнительно вводят шаблон с известной контактной площадью, а расчет искомой величины производят по формуле

or , -- , % Ma-dLVd

Pl VV Ра

где И - вес материала в одометре объем одометра, вес материала в одометре после изменения пощади контакта;

d-§

постоянная, где щадь контакта материала со стенками одометра; «ij. измененная площадь контакта со стенками прибора.

В качестве шаблона можно использовать, тонкую жесткую пластину, тонкостен.ный стакан или дополнительное кольцо.

; На фиг.1 изображен одометр с ис-j .следуемым материалом, с введенной в него тонкой пластиной , на фиг.2 - то же, с исследуемым материгшом, из которого извлечена пластина, на фиг.Зто же, с исследуемым и добавленным до его верхней грани материалом, на фиг.4 - то же, заполненный исследуемым материалом7 на фиг.5 - то же, с установленным на его верхней грани дополнительным кольцом.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемь1й материал 1 помещают, в одометр 2,. в который предварительно вводят тонкую жесткую пластину 3, после этого поверхность материала выравнивают и определяют его вес, затем пластину 3 извлекают, а образовавшееся при этом свободное пространство заполняют этим же материалом 1.

Поверхность материала вновь выравнивают и определяют вес добавленного материала Рдок т.е. не что иное, ка

вес, вытесненный контактной поверхностью тонкой пластины.

Так как в районе контакта происходит понижение объемной массы, то при извлечении пластины материал в этом районе приобретает истинную объемную массу, т.е. уплотняется, и на поверхности образуется свободное пространство.

Зйая контактную площадь пластины д и вес добавленного материала Рдор определяют вес материала Р, приходящийся на полную поверхность одометра 5 пол по Формуле. .j , , Рй- РА05|ГДе 9д а .объемную массу материала в одометре определяют по формуле

- , . Существуют и другие, более общие,

примеры реализации предложенного способа, суть которых заключается также в увеличении {или уменьшении) площади контакта материала со стенками прибора.

В этом случае для реализации (фиг.4 и 5) в одометр известноIjro объема 1 до верхней грани засыпают известное количество материала 2 и 1г.станавливают на верхней грани одо метра 1 дополнительное кольцо 3, затем засыпают- до верхней грани кольца .3 известное количество материала 4, после чего расчет объемной массы производят по установленной математичес.кой формуле

Ра-J Р

Tfa ,

Pi вес материала в одометре;

где

-1 объем одометра/ Р вес материала в одометре 1 и в дополнительном кольце 3 ;

Va.

суммарный объем одометра 1 и дополнительного кольца з; .

I

постоянная, где 5 - контактная поверхность материала в одометре 1; Sj контактная поверхность материала в одометре 1 и дополнительном кольце .3.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключакггся в повышении точности полученных ре3ультатов, снижении трудоемкости определений объемной массы путем замены многократного (не менее 3 раз измерения объема и беса исследуемого материала однократным замером.

Повышение точности измерения осуществляется совокупностью и последовательностью операций, учитывающих масштабный эффект, т.е. влияние жестких стенок, искажаюгдах структуру материала, обеспечиваемой использованием одометра с дополнительными элементами к нему, при этом величина масштабного эффекта отражена в математической зависимости определения объемной массы в предлагаемом способе в отличие от экстраполирования и графического построения при определении плотности в базовом способе.

Серия испытаний, проведенных по обоим вариантам предлагаемого способа, подтверждает повышение точности определения объемной массы предлагаемым способом в сравнении с базовым.

Так, плотность измерения базовым j способом имеет пределы 1,28-1,48 кг/м в зависимости от крупности фракций.

Значения объемной массы, определяемой предлагаемым способом,представлены в таблице.

СПОСПБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ МАССЫ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА В одометре с жесткиьш стенками, включапщий измерение веса материала, помещенного в одометризвестного объема, о тличаюцийся тем, что, с цеЛью повышения точности измерений эа счет исключения погрешности, обусловленной контактированием материала с жесткими стенками одометра, в. исследуемый материал дополнительно вводят шаблон с известной контактной площсЩью, а искомую величину рассчитывают по формуле г Ра - °t Р Ч Ma-J.V/ где Р - вес материала в одометре; объем оДометра, вес материала в одометре после изменения площади контакта; g объем одометра после изменения площади контакта) . 5i ot« - - постоянная, где 5 площадь контакта материа ла со стенками одометра, 9а -измененная плсмцадь контакта. DO J i d

20233 30633 41033 51247 61534 71884 82284

14883,12 22324,68 29766,24 37207,55 44649,40 52040,90 595i2,40