Способ измерения эффективного радиуса пор в пористых изделиях Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике исследований физических свойств веществ, а именно к исследованиям структуры пористых тел, и может быть использовано в областях техники, где находят применение пористые тела, например фильтры, строительные материалы, порошковые сорбцион- ные проявители для капиллярной дефектоскопии.

Известен способ определения эффективного радиуса пор в пористых материалах при наличии разности гидростатических давлений. Используя результаты измерений, по уравнению Пуазейля находят эффективный радиус пор пористого материала.

Недостатками этого способа являются недостаточная точность и длительность измерений, особенно при малых значениях проницаемости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ с рядом операций для построения зависимости объема пор от их радиуса путем пропитки эталонного и измеряемого образцов, выдержки для установления капиллярного равновесия, взвешивания каждого образца. На основании взвешивания, определив предварительно зависимость объема пор эталонного образца от радиуса пор, строится кривая распределения пор измеряемого образца по радиусам (r), где УИЗМ - объем пор измеряемого образца; г- радиус пор. Из полученной зависимости может быть рассчитан эффективный радиус пор как

vl

4 ГО О 00

rcf

COS i/n

где rcp - средний радиус пор (из зависимости (r);

9п - краевой угол смачивания жидкостью пористого материала.

Недостатком данного способа является невозможность его применения для измерений радиусов пор непосредственно на готовых пористых изделиях, особенно изделиях сложной формы и больших размеров, Это обусловлено тем, что для измерения по известному способу требуется два образца (измеряемый и эталонный) одинаковых размеров с поверхностями, обеспечивающими хороший контакт двух образцов.

Ко многим пористым изделиям предъявляются требования по величинам пористости и размеров пор. Поэтому представляется важным измерение эффективного радиуса пор непосредственно в го- товых изделиях (фильтры, лопатки газотурбинных двигателей, турбонагнетатели).

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа.

На фиг.1 представлено измерительное устройство; на фиг.2 - зависимость эффективного радиуса гэф от длины вэст столба жидкости, оставшейся в капилляре.

Цилиндрический сквозной капилляр 1 длиной |Ь 20-25 см и радиусом R 5-100 мкм заполняют рабочей жидкостью 2 на (0,5-0,8) длины. Причем заполнение капилляра производят в горизонтальном положении, так как при вертикальном размещении капилляра высота подъема жидкости, обусловленная капиллярными силами, в капиллярах радиусом 5-100 мкм может быть меньше, чем (0,5-0,8)1о за счет веса столба жидкости, оказывающего сопротивление капиллярным силам. После этого свободный от жидкости конец капилляра герметизируется герметиком 3. При герметизации одного конца капилляра второй конец должен оставаться в соприкосновении с рабочей жидкостью для предотвращения образования воздушного промежутка в канале капилляра со стороны заполнения. После герметизации капилляр выдерживают в жидкости 1-2 мин для установления капиллярного равновесия вследствие сжатия воздуха 4 в тупиковой части капилляра и измеряют после этого длину столба жидкости inpon. Затем открытый конец капилляра с находящейся в канале жидкостью приводят в соприкосновение с поверхностью изделия 5 в месте, где

необходимо провести измерения, и выдерживают в таком состоянии до момента установления капиллярного равновесия между пористым изделием и капилляром, после че- го измеряют длину оставшегося в капилляре столба жидкости вост. Затем рассчитывают эффективный радиус по формуле

Гэф

WR

1

to &i

проп

k-t

ост

где (2 acos 0+-PftR); a - коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м; Ра - атмосферное давление Па; R -радиус капилляра, м; & -длина капилляра, м; (проп - длина столба жидкости в капилляре перед соприкосновением с измеряемым изделий, м; {ост длина столба жидкости, оставшейся в капилляре после установления капиллярного равновесия между капилляром и пористым изделием, м.

При герметизации свободного конца капилляра в канале, свободном от жидкости (воздушный пузырь), создается избыточное давление сжатия, которое определяется как Рсж Рк+Ра, где Ра - атмосферное давление; a cos в /R - капиллярное давление жидкости в капилляре (а- коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости; 9- краевой угол смачивания жидкостью стенок капилляра; R - радиус капилляра). Когда капилляр приводят в соприкосновение с поверхностью изделия, жидкость под действием капиллярных сил самого пористого

изделия Ркпор 2 огэф, где гэф

Гер

эф

фективный радиус пор; гср - средний радиус пор; On - краевой угол смачивания жидкостью материала измеряемого изделия, впитывается в последнее.

Жидкость будет извлекаться из капилляра до установления равновесия, характеризуемого условием

Ра Рк РкП°Р+Рх,(1)

где Рх - давление воздушного пузырька в капилляре при установлении равновесия. При гэф R значение .

В процессе извлечения жидкости из капилляра давление запертого воздуха в канале капилляра будет уменьшаться по закону Бойля-Мариотта, что выражается как

5

О л

to Сп

роп

(2)

к «лроп Ь адзвл

где (Inpon - длина столба жидкости в капилляре до приведения капилляра в контакт с измеряемым изделием; &3вл - длина извлеченного столба жидкости (фиг.2).

В момент установления капиллярного равновесия между пористым изделием и капилляром выражением (2) запишется как

вд чтроп

(3)

VD VOCT

где ьзстНлроггсизвл; Рсж Рк+РаТаким образом, исходя из условия (1) с учетом (3) и измерив длину столбика жидкости в капилляре после достижения капиллярного равновесия fecr, эффективный радиус пор пористого изделия определяют из соотношения WR

ГэфfВ о Сп

|

проп

(4)

во ЕОСТ

где а/(а2 ); о - коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м; Ра - атмосферное давление, Ра 10 Па; R- радиус капилляра, м; 9- краевой угол смачивания рабочей жидкостью материала капилляра.

Этим способом можно определять эффективный радиус пор не только единого пористого изделия, но и дисперсных порошков, например, порошковых проявителей для капиллярной дефектоскопии.

Преимущество данного способа заключается в том, что для измерения эффективного радиуса пор пористого материала по заявляемому способу не требуется изготовление специального образца для измерения, а измерение можно проводить непосредственно на готовом изделии независимо от его формы и размеров.

0

5

0

5

0

5

Удобство предлагаемого способа заключается в том, что при использовании капилляров одного радиуса и длины, заполняя их на определенную глубину, можно пользоваться расчетной кривой (фиг.2). Этот график иллюстрирует зависимость гэф от (Ьст , мкм и 0, см. Формула изобретения Способ измерения эффективного радиуса пор в пористых изделиях, включающий заполнение жидкостью эталонного изделия, приведение его в контакт с исследуемым образцом, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа, измеряют радиус цилиндрического сквозного капилляра, герметизируют после заполнения жидкостью свободней конец капилляра, измеряют длину столбика жидкости в капилляре до приведения в контакт с измеряемым изделием и после контакта в момент достижения капиллярного равновесия определяют эффективный радиус пор изделия из соотношения WR

Гэф

1

to Ј-проп

to - Сюст

rfle4r 2acos2/+RaR : ° коэффициент поверхностного натяжения жидкости; Рц,- атмосферное давление; R - радиус капилляра; 0- краевой угол смачивания материала капилляра жидкостью; (проп - длина столба жидкости до приведения в контакт с измеряемым изделием; &Ст - длина столбика жидкости после установления капиллярного равновесия; fc - длина капилляра.

Изобретение относится к технике исследований физических свойств веществ, а именно структуры пористых тел, например фильтров, строительных материалов, порошковых сорбционных проявителей для капиллярной дефектоскопии. Измеряют длину столба жидкости в капилляре до соприкосновения с исследуемым пористым изделием и после установления капиллярного равновесия между капилляром и пористым изделием. Эффективный радиус пор гэф определяется как ($)-&роп)/((Ь- ), где1 2 a/(2acos0+PaR); a - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; в- краевой угол смачивания рабочей жидкостью материала капилляра; Ра- атмосферное давление; fc - длина капилляра; R - радиус капилляра; &ipon - длина столба жидкости до приведения в контакт с пористым телом; Ёзст - длина столба жидкости после установления капиллярного равновесия. Способ можно применять для измерения эффективного радиуса пор непосредственно в готовых изделиях сложной формы и больших размеров. 2 ил. СП С

фиг.1

10

а

-I

fcutrX

Фиг 2.