Устройство для исследования образцов горных пород Советский патент 1989 года по МПК G01N15/08 

Изобретение касается измерения физических характеристик твердых тел, например образцов горных пород и предназначено для определения открытой пористости.

Целью изобретения является повышение производительности, расширение области применения путем исследования образцов любой геометрической формы, а также снижение трудоемкости.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, разрез,- на фиг.2 - схема

положения рабочих органов устройства, исходное положение, на фиг.З - то же, крайнее нижнее положениеj- на фиг.4 - то же, при измерении объема скелета образца; на фиг.5 - то же, при измерении общего объема образца.

Устройство для исследования образцов горных пород (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, в котором раз - мещен поршень 2 со штоком 3. Сверху корпу с 1 закрыт уплотнительной крыв- кой 4. Таким образом над поршнем 2 образуется надпоршневая полость 5.

В верхней части корпуса 1 размещен бункер 6,

Перед началом измерений и после них бункер 6 заполнен сыпучим запол- нителем 7, в процессе измерений сыпучий заполнитель 7 находится в надпоршневой полости 5 (фиг,1). Полость бункера 6 закрыта решеткой 8, размеры отверстий 9 которой не пре- пятствуют проходу сыпучего заполнителя, но предотвращают попадание в бункер небольших по объему образцов. Цилиндрический корпус 1 устройства крепится к опорной плите 10. На уллотнител ной крьвпке 4 закреплен цилиндр 11, перекрывающий отверстия 9 бункера 6.Цилиндр 11 взаимодействует с упором 12, а послед- |ний - с пружиной 13. Упор 12 взаимо- действует с элементом 14 сигнальной системы. Элементом сигнальной системы может быть, например микропереключатель.

Поршень 2 соединен со втсмсом 3 и фиксируется от проворота штифтом 15 закрепленньм на опорной плите 10. Поршень 2 в верхней части имеет насадку в виде стакана 16, дно которого выполнено конусом, а на вершине последнего закреплен перфорированный диск 17, отверстия которого препятствуют проходу сьшучего заполнителя 7, но не пропускают образцы небольшого размера. Внутри стакана раз мещена пружина 18 сжатия и вибратор 19.

Привод штока 3 осуществляется от реверсивного двигателя 20 через шестерни 21 и 22. На шестерне 21 за- креплен формирователь 23 фотодатчика 24. Для фиксирования нижнего положения поршня 2 в корпусе 1 размещен элемент сигнальной системы - микропереключатель 25. Датчик 26 давле- ния связан с бункером 6. Информация с датчиков устройства передается на блок управления, который осуществляет управление рабочими органами устройства, а кроме того, перерабатыва- ет информацию и представляет ее в цифровом виде.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 2) крьпака 4 поднята и отведена в сторону. Поршень 2 находится в верхнем срайнем положении. На пер)форирован- ный диск 17 помещают исследуемый об

разец. Сыпучий заполнитель 7 находится в полости бункера 6. При включени двигателя 20 поршень 2 перемещается вниз. При этом сыпучий заполнитель 7 просьшается из бункера 6 через отверстия 9 решетки 8 по мере опускания поршня 2. Таким образом, сыпучий заполнитель 7 засыпает исследуемьй образец, проникает через отверстия перфорированного диска 17 и достигает нижней части образца.

При достижении поршнем 2 нижнего крайнего положения срабатывает микропереключатель 25, которьй отключает двигатель 20, поршень при этом останавливается. После этого включается вибратор 19 и подпружиненный стакан 16 начинает совершать колебательные движения, одновременно происходит уплотнение сьтучего заполнителя 7 вокруг исследуемого образца, а затем вибратор 19 отключают. Уплот нительной крышкой 4 герметизируют цилиндрическую полость 5, одновременно цилиндр 11 перекрывает отверстия 9 бункера 6.

При таком положении рабочих орга- ирв устройство готово к измерениям (фиг.З).

Включением реверса двигателя 20 поршень 2 по днимается и сжимает воздух в надпоршневой полости 5. Как только давление в надпоршневой полости 5 достигнет определенного значения, которое определяют по срабатыванию датчика 26 давления, снимается отсчет показаний с фотодатчика 24, по которым и определяется пере-, мёщение поршня 2 от начального положения (фиг.4).

По снятым отсчетам, используя закон Бойля-Мариотта, можно записать

Р. (Vo-Vc )-(Р,+4Р,). (4,),

(1) следовательно.

V. - V (1 +

г 4Р,

)

(2)

где Vex объем скелета образца;

Vff - объем воздуха, заключенный в герметизированной полости без образца, когда поршень находится в начальном положении (фиг.2); РО - барометрическое давление; ЛР - избыточное давление, на которое настроен датчик 2б7

V - изменение объема при перемещении поршня 2 из начального положения до момента срабатывания датчи- ка 26.

На основе данных датчиков прибора и заданных начальных условий блок управления обрабатьшает информацию и представляет ее в цифровом виде. Пор- шень 2 продолжает перемещение вверх и сьтучий заполнитель 7 вступает в контакт с упором 12. В результате соприкосновения с подпружиненным упором 12 происходит вьфавнивание его

зеркала, после чего срабатьшает элемент 14 сигнальной системы, кото- рьп1 отключает двигатель 20 (фиг.5).

Одновременно вновь снимаются показания с фотодатчика 24, преобразующиеся в информацию о перемещении поршня. Эти данные используются для определения внешнего объема и расчет коэффициента пористости. Общий объем определяют по разности уровней сыпучего заполнителя 7 с образцом и без него

V,-V

й«

(3)

где V0 - объем сьшучего заполнителя

с образцом; V - объем сьшучего заполнителя

без образца;

Vgff - объем образца общий. Зная общий объем образца, можно определить коэффициент пористости

К,

ХД.

1 (4)

V,

«к

- объем скелета образца по формуле (2).

Вычислением К заканчивается процесс измерений.

Поднятием крьпики производится раз- герметизация полости 5, при этом освобождается доступ в бункер 6. Включая двигатель 20, поднимают поршень 2 в верхнее положение. Сьтучий заполнитель 7 при достижении полости бункера 6 стекает в него. Остатки заполнителя стекают по конической поверхности верхней части поршня, происходит обнажение исследуемого образца. Включение вибратора 19 ускоряет процесс соскальзывания сыпучего заполнителя 7 с верхней поверхности поршня 2 и наружной поверхности образца. Б дальнейшем ццкл повторяется.

Сьтучий заполнитель стекает из бункера в полость под действием сил тяжести при опускании поршня с образцом В процессе измерения цилиндр 11 уп- лотнительной крьшпси 4 перекрьшает бункерное пространство и не позволяет заполнителю попасть в бункер.

Сыпучие свойства заполнителя обеспечивают заполнение всех неровностей образца и позволяют тем самым произ- , водить измерение образца любой геометрической формы. Статическое воздействие подпружиненного упора крьпп- ки приводит к вьфавниванию зеркала заполнителя, что необходимо при регистрации изменения его уровня.

20

5

0

5

0

0

j

5

Наличие в корпусе бункера необходимо для вытеснения в его объем сьшучего заполнителя при извлечении образца из полости корпуса. Причем объем заполнителя должен быть обязательно меньше объема бункера. В противном случае при извлечении образца, которое происходит при поднятии поршня в верхнее положение, происходит извлечение заполнителя и его потеря, что недопустимо, так как это приводит к изменению условий измерения .

Таким образом, использованное в устройстве измерение объемов с помощью сьтучего заполнителя обеспечивает исследование образцов любой геометрической формы. Наличие в верхней части бункера уплотняющей крьпп- ки, снабженной цилиндром, перекрывающим бункерное пространство подпружиненным упором, элементов сигнальной системы, фиксирующих нижнее положение поршня и контакт заполнителя с упором, позволяет совместить измерение объема скелета и общего объема образца. Причем измерение осуществляется за один ход поршня, что значительно упрощает и ускоряет исследования. Вьтолнение верхией части поршня в форме конуса и крепление к его вершине перфорированного диска облегчает доступ сыпучего заполнителя к опорной поверхности образца и обеспечивает удаление сыпучего заполнителя с верхней поверхности поршня. Снабжение поршня вибратором и подпружиненным стаканом ускоряет процесс удаления сыпучего заполнителя в бункер.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования образцов горных пород, содержащее цилиндрический корпус с уплотнитель- ноЙ крьвпкой, в котором размещен поршень со штоком, кине1йатически связанный с приводом, а надпоршневая полость образует камеру для разме- щения исследуемого образца и содержит подпружиненный упор, а также сигнальную систему, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и расши- рения области применения путем исследования образцов любой геометрической формы, камера для размещения исследуемого образца заполнена сыпучим заполнителем, устройство дополнительно снабжено по меньшей мере

одним бункером, размещенным с внешней стороны цилиндрического корпуса над подпружиненным упором, причем объем бункера больше объема сыпучего заполнителя, уплотнительная крьш1- ка соединена с цилиндром, перекрьша- ющим бункерное пространство и выполненным с возможностью взаимодействия с подпружиненным упором, а сигнальная система содержит элементы, фиксирующие нижнее положение поршня и контакт заполнителя с упором,

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости, поршень в верхней части имеет насадку в виде подпр -жиненного стакана, дно которого вьтолнено конусным с перфорированным диском на вершине,а в стакане размещен вибратор.

Изобретение касается измерения физических характеристик твердых тел, например образцов горных пород, и предназначено для определения открытой пористости. Цель изобретения - повышение производительности и расширение области применения путем исследования образцов любой геометрической формы. Устройство содержит цилиндрический корпус, в котором размещен поршень со штоком. Сверху корпус закрыт уплотнительной крышкой. Над поршнем образуется полость. В верхней части корпуса размещен бункер. Бункер заполнен сыпучим наполнителем

в процессе измерений заполнитель находится в надпоршневой полости. Полость бункера закрыта решеткой, меры отверстий которой не препятствуют проходу сыпучего заполнителя, но предотвращают попадание в бункер небольших по объему образцов. На уплотнительной крышке закреплен цилиндр, связанный с подпружиненным упором, а сигнальная система содержит элементы, фиксирующие нижнее положение поршня и контакт заполнителя с упором. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

л

п

Фг/«2

С

g

XI

oo

//V//y

bc

тУТУг

LJn

/v/v/

Фие.З