Способ определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах Советский патент 1989 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при исследовании фазового превращения влаги в капиллярно-пористых или дисперсных материалах, преимущественно для определения количества незамерзшей влаги в строительных материалах, кроме того, при исследовании почв и грунтов, а также в лабораториях химической и пищевой промышленности.

Цель изобретения - повышение точности определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах.

Согласно способу одновременно измеряют температуру и электрический параметр, например емкость, в локальном объеме образца при помощи закладных датчиков, определяют при положительной температуре

градуировочную зависимость, по полученным результатам определяют количество незамерзшей влаги, после определения градуировочной зависимости плавно понижают температуру образца и при переохлажденном состоянии влаги в порах материала регистрируют значения электрического параметра вплоть до момента его резкого изменения, а по полученным данным находят температурную поправку, с учетом которой по градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения количества незамерзшей воды в материале. Повышение точности определения обеспечивается тем, что учитывается влияние температуры, в том числе отрицательной, на градуировочную зависи4

OS СО

О) оо

мость. При замерзании части влаги, содержащейся в материале, изменяется измеряемый электрический параметр, по величине которого можно определить, сколько влаги в материале осталось незамерзшей. При этом величина электрического параметра изменяется не только вследствие фазового превращения влаги, но и вследствие влияния температуры на незамерзшую влагу в материале. Предлагаемый способ позволяет такразца не было. Кривая 5 соответствует плавному охлаждению образца, при этом достигнуто переохлаждение воды в его порах.

По результатам измерений, представленных на кривой 5, построен график зависимости электрической емкости закладного датчика от температуры исследуемого образца (фиг. 4, кривая 6). Участок этого графика при температуре от 0 до -5,6°С

же разделить влияние этих факторов и этим соответствует переохлажденному состоянию

воды в порах образца. Аналогичные исследования были выполнены при влажности образца 5,4%, соответствующая кривая 7 приведена на фиг. 4. Участок кривой б (при влажности образца 9,9%), соответствующий положительной температуре (О 20°С), аппроксимируется уравнением Сэ 0,4/+119.(3)

Участок этой же кривой, соответствующий переохлажденному состоянию воды в поСл на фиг. 2 и 3 - изменения во 20 pax материала при температуре от О

повысить точность определения содержания в материале количества незамерзшей воды.

На фиг. I изображена градуировочная зависимость емкости закладного датчика от влажности образцов цементно-пес- чаного раствора(1:3 ,66), полученная при температуре , где 1 - график уравнения линейной регрессии С$ по со, 2 - график уравнения линейной регрессии со по

др -5,6°С, аппроксимируется уравнением

25

30

времени электрической емкости закладного датчика и температуры при охлаждении образца цементно-песчаного раствора, где 3 и 4 - кривые, соответствующие быстрому охлаждению, 5 - кривые плавного охлаждения; на фиг. 4 - зависимость емкости закладного датчика от температуры образца, полученная при плавном охлаждении образца, где 6 - кривая при влажности образца 9,9%, 7 - при влажности образца 5,4%; па фиг. 5 - содержание незамерзшей воды в цементно-песчаном растворе, определенное различными способами, где кривая 8 получена калориметрическим методом, 9 - предлагаемым способом, 10 - известным способом при влажности материала 9,9%; 11 - то же, при влаж- 35 ности материала 5,4%.

Пример. Производят определение диэль- кометрическим методом количества незамерзшей воды в цементно-песчаном растворе (1:3, ,66).

При температуре определена градуировочная зависимость электрического параметра (емкость закладных датчиков Сэ) от влажности (со) материала (фиг. 1). Эта зависимость аппроксимирована уравнениями прямой репрессии Сэ по со и ш по С$: Q, 12,4(0-9,6;(1)

,076Сэ + 1,0.(2)

Коэффициент корреляции равен 0,971. Погрешность коэффициента корреляции равна 0,0087, что указывает на высокую надежность корреляционной зависимости.

При влажности образца исследуемого материала 9.9% по массе проводят постепенное охлаждение образца, при этом регистрируют температуру образца и электрическую емкость закладного датчика (фиг. 2

др -5,6°С, аппроксимируется уравнением

Са 1,.(4)

Кривая 5 (при влажности материала образца 5,4%) аппроксимируется уравнением

,6/+52(5)

Уравнения (3)-(5) можно представить в виде

cai - Cao at,(6)

где Сщ - емкость датчика во влажном образце при /°С;

С$о - емкость датчика во влажном образце при 0°С.

Коэффициент а в (6) зависит от влажности образца. В предположении о линейности этой зависимости получается:

а± -0,05со+0,84 при (7)

,13со-0,13 при .(8)

Из (6) следует (при ), что

Сэ20-Сд t(Cs20-Сдо)(СэО- C$t)

а+20-a-t.(9)

Отсюда

,+а+20-a f.(10)

Для расчета количества незамерзшей воды в порах исследуемого материала по величине емкости датчика C$i следует приравнять правые части уравнений (1) и (10), заменяя со на со™, при этом получается 1,24сонВ-9,(-0,05сонв+0,84)20- -(0,1 Зшнв-0,13)(11)

Отсюда следует, что

. J Сэ,+0,,4 Ww« 0,,4(12)

50 Таким образом, согласно предлагаемому способу количество незамерзшей воды в образцах рассчитывают по уравнению (12) в отличие от известного способа, в котором расчет ведется по уравнению (2).

В таблице приведены данные сопостав40

45

и 3). Кривые 3 и 4 соответствуют быст- 55 ления результатов определения количест- рому охлаждению образца, при этом пере- ва незамерзшей воды в образце цемент- охлаждения воды в порах материала об- но-песчаного раствора (1:3, ,66), выразца не было. Кривая 5 соответствует плавному охлаждению образца, при этом достигнуто переохлаждение воды в его порах.

По результатам измерений, представленных на кривой 5, построен график зависимости электрической емкости закладного датчика от температуры исследуемого образца (фиг. 4, кривая 6). Участок этого графика при температуре от 0 до -5,6°С

соответствует переохлажденному состоянию

0 pax материала при температуре от О

5

0

5

др -5,6°С, аппроксимируется уравнением

Са 1,.(4)

Кривая 5 (при влажности материала образца 5,4%) аппроксимируется уравнением

,6/+52(5)

Уравнения (3)-(5) можно представить в виде

cai - Cao at,(6)

где Сщ - емкость датчика во влажном образце при /°С;

С$о - емкость датчика во влажном образце при 0°С.

Коэффициент а в (6) зависит от влажности образца. В предположении о линейности этой зависимости получается:

а± -0,05со+0,84 при (7)

,13со-0,13 при .(8)

Из (6) следует (при ), что

Сэ20-Сд t(Cs20-Сдо)(СэО- C$t)

а+20-a-t.(9)

Отсюда

,+а+20-a f.(10)

Для расчета количества незамерзшей воды в порах исследуемого материала по величине емкости датчика C$i следует приравнять правые части уравнений (1) и (10), заменяя со на со™, при этом получается 1,24сонВ-9,(-0,05сонв+0,84)20- -(0,1 Зшнв-0,13)(11)

Отсюда следует, что

. J Сэ,+0,,4 Ww« 0,,4(12)

0

5

Таким образом, согласно предлагаемому способу количество незамерзшей воды в образцах рассчитывают по уравнению (12) в отличие от известного способа, в котором расчет ведется по уравнению (2).

В таблице приведены данные сопоставполненных по предлагаемому и известному способам.

Для проверки предлагаемого способа используют калориметрический способ, принятый за эталонный. Как следует из фиг. 5, количество незамерзшей воды, определенное предлагаемым способом (кривая 9), отличается менее, чем на 10% от определенного калориметрическим способом (кривая 8), в то время как известный способ да ет погрешность до 30% (кривая 10). Другое преимущество предлагаемого способа перед известным, полученное в этом примере, заключается в том, что он позволил установить, что при влажном образце 6,4% влага в нем не замерзает (при температуре от 0 до -22°С), в то время как известный способ привел к противоположному факту (кривая 11).

Таким образом, предлагаемый способ обладает более высокой точностью и позволяет получать более достоверные данные

0

о содержании незамерзшей воды в капиллярно-пористых материалах.

Формула изобретения Способ определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах, заключающийся в том, что одновременно измеряют температуру и электрический параметр в локальном объеме образца при помощи закладных датчиков, определяют при положительной температуре градуировочную зависимость и по полученным результатам определяют количество незамерзшей влаги, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после определения градуировочной зависимости плавно 5 понижают температуру образца и при переохлажденном состоянии влаги в порах материала регистрируют значения электрического параметра вплоть до момента его резкого изменения, а по полученным данным находят температурную поправку, с учетом которой по градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги.

0

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования фазового превращения влаги в капиллярно-пористых или дисперсных материалах. Согласно способу количество незамерзшей влаги определяют при помощи закладных датчиков, измеряющих электрический параметр, например емкость, в локальном объеме образца материала. По результату измерения и по полученной предварительно градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги в образце. С целью повышения точности определяют поправку на температуру к градуировочной зависимости, которую находят путем исследования зависимости электрического параметра от температуры при переохлажденном состоянии влаги в образце материала. Введение определенной таким образом поправки позволяет повысить точность определения до 40%. Кроме того, повышается достоверность результатов, так для цементно-песчаного раствора получено, что количество незамерзшей воды не зависит от начальной влажности образца (когда первая меньше второй), а в способе-прототипе получен противоположный вывод. 5 ил.

Влажность образца 9,9% к массе сухого материала

-1,48,87,811

-4,67,06,014

-6,66,85,618

-10,26,45,022

-13,26,24,724

-20,76,14,231

Влажность образца 7,0% к массе сухого материала

-4,07,05,916

-7,36,75,419

-15,76,04,328 Влажность образца 5,4% к массе сухого материала

-2,55,45,07

-8,15,44,811

-15,25,44,320

-20,25,44,026

-22,15,43,044

Фиг. У

О

О

С д. de/i