Способ контроля размеров пор фильтроэлементов Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретения относится к измерительной технике и может найти применение в порометрии различных фильтрующих материалов, например микро- и ультрафильтров.

Наиболее распространенным способом определения размеров пор является способ, заключающийся в вдавливании ртути, вытеснений жидкости из пор, исследозании микрофотографий и прокачивании жидкости через фильтроэлементы с последующим гидравлическим анализом уравнений Дарси и Гагена-Пуазейля.

Ближайшим к изобретению техническим решением является способ контроля

размеров пор фильтроэлементов, заключающийся в том, что через рабочую поверхность фильтроэлементов, эталонного и контрольного, прокачивают газ, измеряют расходы и давления газа на входе и выходе образцов фильтроэлементов, при этом предварительно строят зависимость относительного расхода газа при вязкостном и свободномолекулярном течении от произведения среднего давления на средний радиус пор эталонного фильтроэлемента, -причем необходимо осуществить несколько измерений при вязкостном режиме, затем аналогичные измерения производят с контVJ

vj

VI

О О

ролируемым фильтроэлементом и по конкретному относительному расходу с помощью зависимости относительный расход газа - произведение радиуса пор на давление газа для эталонного фильтроэле- мента находят аналогичное произведение для контролируемого образца.

Однако известный способ достаточно трудоемок,, так как включает 5-6 замеров эталонного образца и два замера контролируемого, в том числе при вакууме. Погрешность способа, в первую очередь, определяется замером расхода газа при свободномолекулярном течении, т.е. в вакууме, когда имеется достаточно высокая вероятность систематических ошибок при постановке эксперимента и случайных промахов.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля размеров пор фильтроэ- лементов и уменьшение трудоемкости.

Для достижения поставленной цели согласно способу контроля размеров пор фильтроэлементов, заключающемуся в том, что через рабочую поверхность эталонного и контролируемого образцов фильтроэлементов прокачивают газ, измеряют расход и давление газа на входе и выходе образцов, в качестве газа используют бинарную смесь газов, отличающихся по молекулярной массе, рабочую поверхность образцов обдувают потоком смеси газов с расходом, много большим расхода через образец, подбором среднего давления смеси формируют переходный между вязкостным и свободно- молекулярным режим течения газа, измеряют состав газовой смеси, прокачиваемой через образцы, и по разности концентраций ее компонентов судят о размере по фильтроэлементов; среднее давление смеси подбирают по фиксированному числу Кнудсена в интервале от 0,07 до 0,13; в качестве бинарных смесей используют гелий1- азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, водород - азот; прокачивание и обдув эталонного и контролируемого образцов фильтроэлементов проводят одновременно.

На фиг.1 изображена схема потоков газа через образцы фильтроэлементов; на фиг.2 - график, иллюстрирующий разницу концентраций контролируемого и эталонно го образцов фильтроэлементов при различных числах Кнудсена.

Эталонный 1 и контролируемые 2 образцы фильтроэлементов помещают в герметичную камеру 3, через которую прокачивают поток газовой смеси по линиям питание 4 и концентрат 5. Линия 6 фильтрат образцов подключают к газоанализатору 7. Расход газовой смеси контроли- руют расходомерами 8,9 соответственно на линиях А и 5, а давление - мановакууммет- рами 10, 11 на линиях 4 и 6. Газоанализатор соединен с фильтроэлементами через коллектор-переключатель 12.

Способ осуществляют следующим образом.

Составляют газовую смесь компонентов, качественно отличающихся по молеку0 лярной массе, подают ее по линии питание с заданным расходом и давление PL большим давления PZ на линии фильтрат. Под действием перепада давления часть газовой смеси проходит через рабо5 чую поверхность фильтрозлементов и по ли- нии фильтрат выводится из схемы, при этом один из контролируемых образцов или эталонный подключают с помощью коллектора-переключателя к газоанализатору.

0 Большая часть исходной смеси выводится из схемы по линии концентрат. Давления Р-/ и РЈ подбирают таким образом, чтобы реализовать переходный режим течения газа между вязкостным и свободномолекулярным.

5 За счет составляющей свободномолекулярно- го режима более легкие компоненты газовой смеси проходят преимущественно через фильтрующую поверхность фильтроэлементов, а более тяжелые выводятся из камеры по линии

0 концентрат. Селективность фильтрующих элементов в свободномолекулярном режиме определяется отношением молекулярных масс компонентов смеси в степени 0,5. Составы газовой смеси в фильтрате эталонного и

5 контролируемого образцов сравнивают между собой и при положительной разнице концентраций легкого компонента в контролируемом и эталонном образцах первый считают годным, а при отрицательн-ой-бра0 куют. В качестве бинарной смеси используют гелий - азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, гелий - элегаз (шестифтористая сера), водород - азот и т.п. Для обеспечения максимальной чувствительности предло5 женного способа газоразделение смеси осуществляют при фиксированном отношении длины свободного пробега бинарной смеси к среднему размеру пор фильтроэлементов (число Кнудсена) в интервале от 0,07 до 0,13

0 за счет выбора среднего давления смеси. Для уменьшения трудоемкости контроля фильтроэлементов и проведения измерения концентраций в компенсационном режиме контролируемые и эталонный образцы

5 фильтроэлементов помещают одновременно в камеру. Причем относительный расход газовой смеси на линии концентрат устанавливают близким единице, т.е. примерно равным исходному потоку газовой смеси, так что индивидуальные относительные колебания расходов фильтрата образцов не сказываются на режиме газоразделения.

Количественная оценка размеров пор контролируемых образцов осуществляется с помощью расчетно-эксперименталь- ных зависимостей на фиг.2. По оси ординат отложена относительная концентрация легкого компонента в фильтрате контролируемого образца по сравнению с эталонным, по оси абсцисс - логарифм числа Кнудсена. Каждая кривая соответствует определенному размеру пор; при отклонении размера пор по сравнению с эталонным в меньшую сторону разница концентраций положительна, и наоборот. Все кривые имеют выраженный экстремум вдиапазоне числа Кнудсена 0,07-0,13. При меньшем значении числа Кнудсена свободномолеку- лярный поток газа практически не заметен на фоне вязкостного потока и эффект газоразделения на фильтроэлементах пропадает, при большем значении числа Кнудсена свободномолекулярный поток становится преобладающим Vi различие в селективности образцов фильтроэлементов, определяемое различным размером пор, также пропадает.

П р и м е р. В качестве образцов взяты керамические фильтроэлементы, а также пористые ядерные мембраны с диаметром пор 0,05-5 мкм. Эксперименты проведены на бинарных газовых смесях гелий - азот и гелий - ксенон. Отмошение расходов смеси концентрат/питание поддерживалось не ниже 0,9. Результаты исследований представлены на фиг.2. Так, при отклонении размеров пор образцов на ±20% концентрация гелия в фильтрате соответственно изменяется на ±2,5% при молярной концентрации питания 0,5 и ±11,2% при молярной концентрации питания 0,05 для бинарной смеси гелий - азот. В случае использования бинарной смеси гелий - ксенон соответствующие изменения концентрации гелия в фильтрате при аналогичных условиях со- ставляютЗ,8и 12,1%. Экстремальное значение числа Кнудсена для указанных смесей 0,08-0,09 при молярной концентрации питания 0.5 и 0,11-0,12 при молярной концентрации питания 0,05. На границах

предложенного интервала значений числа Кнудсена 0,07 и 0,13 чувствительность способа (изменение концентрации гелия пои отклонении размеров пор) снижается на 1-2%. За границами интервала чувствительность резко падает: при дальнейшем изменении числа Кнудсена в меньшую или большую стороны на ±0,5 чувствительность снижается в десятки раз.

Формула изобретения

1. Способ контроля размеров пор филь- троэлементов, заключающийся в прокачивании газа через эталонный и контролируемый образцы фильтроэлементов и измерении давления и расхода газа на входе и выходе образцов, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и уменьшении трудоемкости контроля, в качестве газа используют бинарную смесь газов, отличающихся по молекулярной массе.

рабочую поверхность образцов обдувают потоком смеси газов с расходом, много большим расхода через образец, подбооом среднего давления смеси формируют переходный между вязкостным и свободномолекулярным режим течения газа, измеряют состав газовой смеси, прокачиваемой через образцы, и по разности концентраций ее компонентов судят о размеречтор фильтро- злементов.

2. Способ по п. 1.отличающийся тем, что среднее давление смеси подбирают по фиксированному числу Кнудсена в интервале от 0,07 до 0.13.

3.Способ поп.1,отличающийся тем, что используют бинарные смеси гелий

- азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, водород - азот.

4.Способ по п.1,отличающийся тем, что прокачивание и обдув эталонного и

контролируемого образцов фильтроэлементов проводят одновременно.

25

сраг.г

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в порометрии фильтроэлементов, например микро- и ультрафильтров. Способ контроля размеров пор фильтроэлементов заключается в прокачивании газа через эталонный и контролируемый образцы фильтроэлементов и измерении давления и расхода газа на входе и выходе образцов. В качестве газа используют бинарную смесь газов, отличающихся по молекулярной массе. Рабочую поверхность образцов обдувают потоком смеси газов с расходом, много большим расхода через образец. Подбором среднего давления смеси формируют переходный между вязкостным и свободномолекулярным режим течения газа. Измеряют состав газовой смеси, прокачиваемой через образцы, и по разности концентраций ее компонентов судят о размере пор фильтроэлементов. Среднее давление смеси подбирают по фиксированному числу Кнудсена в интервале от 0,07 до 0,13. Используют бинарные смеси типа гелий - азот, гелий - аргон, гелий - ксенон, водород-азот. Прокачивание и обдув эталонного и контролируемого образцов проводят одновременно. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.