Устройство для исследования массообмена пленочных материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в легкой и текстильной промышленности для определения гигиенических характеристик натуральных или искусственных материалов: кож, тканей, пленочных материалов.

Цель изобретения - расширение информативности и повышение универсальности устройства за счет одновременного изуче- ния кинетики тепло- и массообмена в испытуемом материале.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Устройство содержит измерительную ячейку 1, состоящую из двух камер 2 и 3, разделенных испытуемым образцом 4. Камеры 2 и 3 выполнены в виде воздуховода и соединены с регуляторами 5 и 6 влажности и детекторами 7 и 8 по теплопроводности. Устройство снабжено приспособлением 9 для программирования влажности в нижней камере 3, выполненным в виде смесителя 10, соединенного с магистралями 11 и 12 для подвода сухого и влажного газов, управляемого микрометрическим винтом 13, соединенным с электродвигателем 14 через редуктор 15, Теплообменники 1 б и 17 соедиXJ

rareeaSl

няют регуляторы 5 и 6 влажности с верхней и нижней камерами 2 и 3 соответственно. Теплообменники 16 и 17 электрически связаны через терморегуляторы 18 и 19 с приспособлениями 20 и 21 для программирования температуры в камерах

2и 3, заключенных в теплоизолирующий кожух 22, На входе и выходе верхней камеры 2 расположены датчики 23 и 24 температуры, а на входэ и выходе нижней камеры 3 - датчики 25 и 26 температуры. Датчики связаны с измерителями 27 и 28 разности температур, регистрирующими перепад температур на входах и выходах камер 2 и 3,

Устройство снабжено детектором 29 по теплопроводности, Входы регуляторов 5 и 6 влажности камер 2 и 3 соединены с источниками 30 и 31 инертных газов, различающихся по величине теплопроводности. Измерительная магистраль 32 детектора 7 верхней камеры 2 и сравнительная магистраль 33 детектора 8 нижней камеры

3соединены последовательно с соответствующими магистралями 34 и 35 дополнительного детектора 29. На выходе измерительной магистрали 36 детектора 8 установлена ограничительная заслонка 37.

Работает устройство следующим образом.

Образец 4, кондиционированный при начальных условиях эксперимента, устанавливают в измерительную ячейку 1, закрепляя между камерами 2 и 3. Подключают к магистрали источники 30 и 31 газов. С помощью блоков 38 и 39 подготовки газов задают необходимый расход газов, а ограничительной заслонкой 37 - избыточное давление в нижней магистрали прибора. Регуляторами 5 и 6 влажности задают исходную влажность, а терморегуляторами 18 и 19 - температуру в теплообменниках 16 и 17, Подключают к сети измерители 27 и 28 разности температур и детекторы 7, 8, 29 по теплопроводности с соответствующими блоками управления и самопишущими потенциометрами (не показаны). После прогрева измерительных приборов и установления заданных значений температуры и влажности в газовых магистралях устройства задают программы изменения температур в теплообменниках 16 и 17 по приспособлениям 20 и 21 для программирования температур и влажности в нижней камере 3 по приспособлению 9 для программирования влажности, затем открывают шторные затворы (не показаны) по обе стороны образца 4 и начинают эксперимент.

В результате измерений регистрируют следующие величины: температуры на входах и выходах каждой камеры, теплопроводность газа-пенетранта на выходе нижней

камеры и ее изменение по сравнению с сухим газом-пенетрантом, теплопроводность газопроводной смеси на выходе верхней камеры и ее изменение по сравнению с сухими газами - пенетрантом и носителем.

При обработке полученных данных рассчитывают количество теплоты QT.HK, ушедшее из нижней камеры в процесе теплопереноса, и количество теплоты QT.BK, прошедшей через образец в процессе теплопереноса, т.е.:

QT.HK СгГ МгГ AW QT.BK Сн Мн Ate

где Сп и Сн - теплоемкости газов пенетранта и носителя, соответственно; Мп и Мн - массы газов пенетранта и

носители соответственно, причем

Мх dx Vx,

где dx - плотность соответствующего газа в камере объема Vx;

AtHic и АТ.ВК - разность температур на выходе и входе соответствующей камеры.

По кривым потенциометров детекторов определяют количество влаги QB.HK, ушед- шей из нижней камеры в процессе паропе- реноса; количество влаги QB.BK, прошедшей через образец в верхнюю камеру; количество газа-пенетранта Огвк, прошедшего через образец в процессе газопереноса (две по- следние величины получают при алгебраическом сложении кривых потенциометров детекторов 7 и 29),

Соответствующий поток через образец можно вычислить по формуле Qx

где ix поток тепла, влаги или газа-пенетранта;

Qx - количество тепла, влаги или газа- пенетранта, прошедшее через образец; АО - площадь образца. Соответствующие коэффициенты проницаемости вычисляют по формулам:

к - 1т . к - в к - 1г

Кт , KB--Ј-Ј-, Кг--Јргде Кт, Кв, Кг - коэффициент проницаемости тепла, влаги и газа-пенетранта соответственно;

Д ДС, Др - перепад температуры,

концентрации и давления газа, соответственно.

Со.рбционную емкость образца вычисляют по формуле

V

ДО

во

Mo

где QBO QB нк - QB.BK;

Мо - масса образца до испытания.

Таким образом, использование предла гаемого устройства позволяет исследовать поведение испытуемого материала в широком диапазоне гадиентов влажности, при изменяющемся градиенте влажности, т.е. позволяет моделировать эксплуатацию материала в любых условиях. Кроме того, устройство позволяет исследовать поведение материала при изменяющемся градиенте температуры по обе стороны образца, определять характеристики одновременно паро-, газо-, теплопереноса при изменяющихся градиентах температуры и влажности.

Формула изобретения

Устройство для исследования массооб- мена пленочных материалов, содержащее измерительную ячейку, состоящую из двух камер, разделенных средством крепления испытуемого образца, верхняя из которых выполнена в виде воздуховода, при этом камеры соединены с регуляторами влажности и детекторами по теплопроводности, отличающееся тем, что, с целью расширения информативности и повышения универсальности устройства за счет одновременного изучения кинетики тепло-

и массообмена в испытуемом материале, устройство дополнительно снабжено приспособлением для программирования влажности в нижней камере, выполненным 5 в виде смесителя сухого и влажного газов и соединенным с электродвигателем через редуктор, теплообменниками, соединяющими регуляторы влажности с верхней и нижней камерами и электрически связанными с

10 приспособлениями для программирования температуры в камерах, заключенных в теплоизолирующий кожух, на входах и выходах последних расположены четыре датчика температуры, связанных с измерителями

15 разности температур, установленными с возможностью регистрации перепада температур на входе и выходе верхней и нижней камер, устройство снабжено также детектором по теплопроводности, при этом

20 входы регуляторов влажности верхней и нижней камер соединены с источниками инертных газов, различающихся по величине теплопроводности, причем нижняя камера выполнена в виде воздуховода, а

25 измерительная магистраль детектора верхней камеры и сравнительная магистраль детектора нижней соединены последовательно с соответствующими магистралями дополнительного детектора, при этом на вы30 ходе измерительной магистрали детектора нижней камеры установлена ограничительная заслонка.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в легкой и текстильной промышленности при определении гигиенических характеристик натуральных или искусственных материалов и позволяет одновременно изучать кинетику тепло- и массообмена в испытуемом материале, что расширяет возможности устройства и повышает его универсальность. Целью является расширение информативности и повышение универсальности. Новым в устройстве является то, что оно дополнительно снабжено детектором по теплопроводности, причем измерительная магистраль детектора по теплопроводности верхней камеры и сравнительная магистраль детектора нижней камеры соединены последовательно с соответствующими магистралями этого детектора, а также приспособлениями для программирования влажности и температуры и ограничительной заслонкой на выходе детектора нижней камеры. Кроме того, камеры выполнены в виде воздуховодов, помещенных в теплоизолирующий кожух, а на входе и выходе каждой из камер установлены четыре датчика температуры. 1 ил. (Л

ГП37

у / /

Л| yi:

±1

(ТОГ