Устройство для измерения проницаемости мембран Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при экспериментальных исследованиях влияния механического обжатия при давлении более 0,1 МПа на проницаемость и диффузию газов в мембранах.

Известно устройство для измерения проницаемости в условиях повышенного давления, когда с одной стороны мембраны, разделяющей две камеры ячейки, находится сжатый газ.

В таком устройстве при измерении как мембрана, так и диффузант, находятся в сжатом состоянии под давлением одной и той же величины.

Известно также устройство, принятое за прототип, в котором ячейка установлена между пуансоном и матрицей пресса для обжатия мембраны. Каждый из двух фланцев, составляющих ячейку, имеет камеру-углубление. В камеры заподлицо вставлены жесткие пористые металлические диски, которые передают сжимающее усилие от

фланцев к мембране, но не препятствуют прохождению газа-пер меата.

Однако ячейка с пористыми металлическими дисками представляет собой жесткую конструкцию и в случае обжатия мембраны с неровной поверхностью выпуклые участки, с наибольшей толщиной, сжимают ся сильнее, чем более тонкие. Например, если толщина более толстых участков, суммарная площадь которых составляет А% от всей площади мембраны, превышает на d% толщину остальной площади мембраны, то ве- личиньг механического напряжения сжатия в толстых участках а и на остальной площади а0 при малых величинах давления сжатия Р Ро - EAd/(1+d) равны:

ffl Ј. (1)

(Л

С

VJ

СЯ СЛ

ч

при Р Р0:

„... Р+Е(1 -A)d ai 1+d-Ad

a P(1 + d)-EAd ()

a° 1 + d - Ad ( где E - модуль Юнга, для полимеров Е 1 ГПа.

ai намного превышает Р, а оь меньше Р. Для реальных мембран A«d 10%. В этом случае ошибки, связанные с отклонениями напряжений от измеряемой величины давления сжатия Р 1 - 10 МПа, будут равны при Р MTla:

- - -1 900%;

- 100 % (3) при Р Р0:

(-1)-°4-™%.(4)

ТТтЬйО-|)..

Отсюда видно, что реальные напряжения могут отличаться от средней величины в несколько раз.

Таким образом, существенным недостатком устройства-прототипа является неравномерность сжатия по площади мембраны.

Цель изобретения - расширение диапазона величины давления сжатия мембраны на область свыше 0,1 МПа.

Для этого в камеру вставлен нажимной диск и упругая пористая прокладка толщиной L, изготовленная из материала, модуль упругости которого удовлетворяет условию:

,(5)

где Р-давление сжатия; Д|-максимальная разность толщин мембраны в различных точках; (5 - допустимая погрешность измерения, а к центру нажимного диска прикреплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку ячейки наружу.

Известны различные уплотнительные или амортизирующие прокладки, которые при затяжке или сжатии равномерно распределяют усилие сжатия по площади и одновременно уплотняют и герметизируют место контакта с рабочей поверхностью, что будет препятствовать подводу и отводу газа в процессе проницаемости через мембрану. Таким образом, известные решения: устройство-прототип с жесткими металлическими пористыми пластинами, а также уплотнительные и амортизирующие прокладки не позволяют достичь положительного эффекта - проведения процесса газопроницаемости мембраны, находящейся в условиях сжатия.

Применение пористых упругих материалов, удовлетворяющих уел о вию позволяет, как показывают эксперименты и подтверждают проверочные расчеты на основе уравлений теории упругости, достичь цель изобретения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство,

Между фланцами 1 с камерами, запол0 ненными пористым упругим материалом 2, расположена исследуемая мембрана 3. Герметизация ячейки осуществляется с по- мощью прокладок 4, Давление сжатия мембраны создается нажимным диском 5,

5 воспринимающим усилие от пуансона пресса 6 через силовой подвижной шток 7.

Для проведения измерений в камеры фланцев вставляют нажимной диск с силовым штоком и диски из пористого упругого мате0 риала, затем между фланцами зажимается исследуемая мембрана и ячейка герметизируется. Пуансоном пресса воздействуют на силовой подвижной шток с усилием, необходимым для создания требуемой вели5 чины давления сжатия мембраны в процессе проведения измерения.

Предлагаемое устройство было использовано для экспериментального исследования слияния давления сжатия мембраны из

0 поли-4-метплпентена 1 толщиной 100 мкм в диапазоне 0,1-12 МПа на величину проницаемости кислорода и гелия при температуре 293 К. Максимальная разнотолщинность мембраны в различных точках составляла 10

5 мкм. В качестве пористого упругого материала использовались полимерные микрофильтры типа МФА или пористая резина толщиной 1-2 мм. Модули упругости обоих Ёыбранных материалов удовлетворяли ус0 ловию (5) и составляли 1,5-3 МПа. Отличие результатов, полученных для разных типов пористых упругих материалов, не выходило за предел погрешности измерений, равный 10%.

5 Проведение измерений при давлении сжатия мембраны свыше 12 МПа,требует наличия мощного пресса с усилием свыше 15 т для мембран площадью 100 см2, Формула изобретения

0 Устройство для измерения проницаемости мембран, находящихся в условиях сжатия, содержащее средство давления и две камеры, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона на область

5 свыше 0,1 МПа, в одной из камер размещена упругая пористая прокладка толщиной L, изготовленная из материала, модуль упругости которого удовлетворяет условию Е 0,1LP/ At, где Р - давление сжатия: AI- максимальная разность толщин мембраны в

различных точках, а средство давления выполнено в виде размещенного в камере нажимного диска, к центру которого

прикреплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку камеры наружу,

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит две кэме- ры, заполненные упругим пористым материалом, нажимной диск, вставленный в камеру, силовой шток, передающий усилие сжатия к нажимному диску. Модуль упругости пористого материала должен обеспечить равномерность обжатия мембраны. К центру нажимного диска прикреплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку ячейки наружу. 1 ил.