Устройство для измерения капиллярного давления Советский патент 1991 года по МПК G01L7/00 G01L7/18 

го материала - верхнюю 2 и нижнюю 3, колпачок, выполненный в виде П-образной крышки 4 с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой (фиг 2). Пластины 2 и 3 соединены друг с другом винтами 5, а крышка может быть прикреплена к пластинам винтами 6 (фиг. 3) В пластине 3 выполнен паз, изогнутый, например, в виде меандра и образующий в плоскости контакта пластин 2 и 3 плоский щелевой тупиковый капилляр 7 (фиг. 3 и 4), заполненный рабочей жидкостью 8. Открытый конец капилляра 7 выведен в сквозную полость 9 в пластине 3 (фиг. 5 и 6). Полость 9 сообщена с торцом пластины 3 сквозным отверстием 10 (фиг. 4). П-образная крышка 4 установлена с возможностью поворота на 180°. На перемычке П-образной крышки размещена пористая пробка 11, установленная в сквозном отверстии крышки. В капилляре 7 имеется ряд последовательно расположенных вдоль продольной оси электроконтактов 12 в заполненной жидкостью части капилляра 7, а на границе жидкость 8 - воздух в тупиковой части капилляра 7 расположены контакты нуль-индикатора 13. Электроконтакты 12 соединены между собой полосками из термочувствительного материала, например никеля, и через специальные выводы подключены к измерителю 14 их омического сопротивления. Нуль-индикатор 13 электрически соединен с блоком 15 управления, выполненным в виде интегратора, который соединен электрической цепью с блоком 16 питания (источником постоянного напряжения). Блок 16 питания электрической цепью соединен с электроконтактами 12, а к выходным контактам блока питания подключен вольтметр 17. Измерительный элемент 1 размещен в исследуемом материале 18. При этом на одной из параллельных стенок П-образной крышки в области сквозной полости 9 пластины установлена мембрана 19. Замкнутое пространство в полости 9, закрытое мембраной 19, заполняется рабочей жидкостью при подготовке устройства к работе.

Устройство работает следующим образом.

Тщательно отмытые пластины 2 и 3 стягивают винтами 5, и торцом, где расположен открытый конец капилляра, погружают в рабочую жидкость 8 (дистилированную воду). Жидкость 8 под действием капиллярных сил заполняет капилляр до тех пор, пока не установится равновесие между капиллярными силами, действующими на жидкость 8 с одной стороны, и давлением сжатого воздуха в тупиковой части капилляра 7 с другой. Затем непосредственно в жидкости 8

на устройство 1 надевают крышку 4 таким образом, чтобы полость 9 пластины 3 была полностью заполнена жидкостью 8. Крышку закрепляют так, чтобы сквозная полость 9 и

мембрана 19 совпали (фиг. 5), а входное отверстие 10 было герметично закрыто крышкой 4 Собранное таким образом устройство 1 подготовлено к измерению давления и температуры. В случае необходимости

0 измерения капиллярного давления и температуры крышку 4 погружают в жидкость 8, и под вакуумом пропитывают пробку 11, после чего крышку 8 поворачивают на 180° и устанавливают (фиг. 6) таким образом, что5 бы полость 9 была защищена жесткой стенкой (без мембраны) крышки 4, а пробка 11 была соосно расположена с отверстием 10. Подготовленный таким образом измери- тельный элемент 1 размещают в исследуе0 мом материале 18.

При измерениях капиллярного давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 6, возникающее в поровой жидкости отрицательное дав5 ление, воздействуя на жидкость 8, пропитывающую пробку 11, передается на столбик жидкости 8 в капилляре 7. При этом нарушается равновесие между жидкостью 8 и сжатым воздухом в тупиковой части капил0 ляра 7 (фиг. 4 и 7). и мениск жидкости 8 перемещается, что регистрируется-нуль-индикатором 13. Нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управления питанием, который включает блок 16 питания. Напря5 жение с входных клемм блока 16 питания поступает на контакты 12, и в капилляре 7 возникает электроосмотическое давление. Действующие в капилляре 7 электроосмотические силы при последовательном распо0 ложении электродов 12 суммируются, причем величина и направление действующих электроосмотических сил зависят от по- лярности и величины приложенного к электроконтактам 12 напряжения Электро5 осмотическое давление в капилляре 7, направленное в сторону, противоположную измеряемому отрицательному капиллярному давлению, растет до тех пор, пока столбик жидкости 8 в капилляре 7 не вернется в

0 исходное положение, что и фиксируется нуль-индикатором 13. Таким образом, столбик жидкости 8 в капилляре 7 находится в динамическом равновесии, и при изменении его положения в капилляре 7 нуль-инди5 катор 13 подает сигнал на блок 15 управления, который посредством задания необходимого напряжения на выходе блока 16 питания возвращает жидкость 8 в исходное положение Учитывая равенство капиллярного и электроосмотического давления.

измерение капиллярного давления осуществляется по величине и полярности напряжения подаваемого на электроосмотические ячейки, образованные электроконтактами 12, и регистрируется с помощью вольтметра 17, Измерение температуры в исследуемом материале осуществляют путем замера омического сопротивления проводников, соединяющих между собой контакты 12с помощью измерителя 14 сопротивления, например, цифрового омметра). При измерении общего давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 5, сквозное отверстие 10 герметично закрыто, а перемещение мениска жидкости 8 в капилляре 7 происходит в результате прогиба мембраны 19 под действием внешнего давления. Расчет величины измеряемого давления выполняется по формуле, связывающей величину электроосмотического противодавления и напряжения на контактах 12

.

tjlxn

л-r2 где Р - измеряемое давление:

Рп - величина электроосмотического давления, создаваемого одной электроосмотической ячейкой из двух электродов;

п - число электродов;

D - диэлектрическая проницаемость жидкости;

Е - разность потенциалов (напряжение), прикладываемая к контактам электроосмотических ячеек;

Јп- электроосмотический потенциал;

г - радиус капилляра (в рассматриваемом случае толщина капиллярной щели).

Предлагаемое устройство работает как в области положительных, так и в области отрицательных давлений.

Формула изобретения 1. Устройство для измерения капиллярного давления, содержащее две контактирующие между собой пластины из электроизоляционного матерала и источник

постоянного напряжения, при этом на контактирующей поверхности первой пластины выполнен паз в виде тупикового капилляра, частично заполненного рабочей

жидкостью, по длине которого установлены электроконтакты, а в тупиковой его части - преобразователь перемещения рабочей жидкости в электрический сигнал, при этом открытый конец капилляра снабжен съемным колпачком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем преобразователь перемещения жидкости выполнен в виде нуль-индикатора, а электроконтакты соединены электрической цепью с введенным в устройство вольтметром и с источником постоянного напряжения, при этом нуль-индикатор соединен с введенным в устройство блоком управления, подключенным к источнику

постоянного напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения, в нем в одной из пластин на свободном конце капилляра выполнена

сквозная полость, заполненная рабочей жидкостью, а сьемный колпачок выполнен в виде крышки с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой, при этом параллельные стенки размещены на плоскости пластин, а перемычка - на торце, причем на одной из параллельных стенок в области сквозной полости пластины установлена мембрана, а между сквозной полостью и торцом пластины и на перемычке

выполнены сквозные отверстия, расположенные симметрично относительно продольной оси устройства, при этом сквозное отверстие перемычки снабжено пористой пробкой.

3. Устройство поп.1, отличающеес я тем, что в нем электроконтакты соединены проводниками, выполненными из термочувствительного материала, которые через дополнительные выводы подключены к введенному в устройство измерителю омического сопротивления.

18

4-J

12 1

15 16

tt

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет измерить отрицательное капиллярное давление в пористых телах. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измерительный элемент состоит из двух плоских пластин образующих капилляр, и колпачка, выполненного в виде П-образной крышки с двумя параллельными стенками и перемычкой Капилляр частично заполнен рабочей жидкостью 8, а его свободный конец выведен в сквозИзобретение относится к приборостроению и позволяет измерять отрицательное капиллярное давление в капиллярно-пористых телах, в частности в почвах грунтах, торфах, строительных материалах и может быть использовано для измерения температуры и давления в газообразных жидких и вязко-пластичных средах Цель изобретения - повышение точности измерения На фиг 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид сверху на фиг 2 ную полость П-образная крышка установлена с возможностью поворота на 180° По длине капилляра установлены электроконтакты а в его тупиковой части - контакты нуль-индикатора который соединен с интегратором 15 На одной из параллельных стоек крышки выполнена мембрана При измерении избыточного давления крышка установлена так, что мембрана размещается над полостью а входное отверстие герметично закрыто перемычкой крышки В случае измерения капиллярного давления поворотом крышки над полостью размещают жесткую стенку крышки, при этом пористая пробка расположена соосно с отверстием Под действием отрицательного давления мениск жидкости перемещается что регистрируется нуль-индикатором, который подает сигнал на блок управления, который в свою очередь, включает блок питания Напряжение с блока питания поступает на контакты Возникающее электро- осмотическое давление в. капилляре возвращает столб жидкости в исходное положение 3 п ф-лы 7 ил то же, вид сбоку, на фиг 3 - то же, вид с торца, на фиг 4 - разрез А-А на фиг 3 и схема подключения устройства к вторичной измерительной аппаратуре, на фиг 5 - схема размещения съемной крышки при измерениях давления, на фиг 6 - то же, при измерениях капиллярного давления на фиг 7 - схема размещения электроконтактов в капилляре Устройство включает в себя измерительный элемент 1 (фиг 1) содержащий две плоские пластины из электроизоляционноСП С о со с ел XI о

Фиг. 5

Фиг.4

А

А

фиг.З

Фиг. 2

Д,|-|1- Х

ъ

Фиг.6

С блока питаний 16

Фиг. 7

питанием 15