Устройство для определения проницаемости пористых материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

сл

с

Область использования: мембранная техника для определения проницаемости мембран, применяемых в оборудовании ультра- и микрофильтрации для разделения жидких сред. Сущность: устройство, состоящее из измерительной ячейки, расходной емкости, измерителя объема жидкости и регистратора, дополнительно оборудовано прижимным узлом, а измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными в ней фотодатчиками. 1 ил.

Изобретение относится к области определения проницаемости пористых материалов и может быть использовано в мембранной технике для неразрушающего экспресс-контроля проницаемости мембран, применяемых в оборудовании ультра-и микрофильтрации для разделения жидких сред в медицинской, микробиологической, химической, электронной и других смежных отраслях промышленности.

Известно устройство для определения проницаемости пористых материалов, состоящее из камеры для размещения испытуемого образца, выполненной в виде набора плоских сменных рамок, которые вместе с опорными и уплотнительными элементами, расположенными между двумя плитами, стянуты стяжными шпильками с гайками.

Известно также устройство, включающее камеру, состоящую из верхней подвижной и нижней неподвижной частей. На

нижнюю часть устанавливается мембрана, которая плотно прижимается верхней частью с помощью откидного зажима.

Недостатком этих устройств является необходимость изготовления образцов ис- пытузмых мембран специальных размеров и формы и осуществления ручного зажима мембраны в измерительной ячейке, что снижает производительность определения проницаемости пористых материалов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения проницаемости пористых материалов, содержащее цилиндрическую измерительную ячейку, разделенную испытуемым материалом на две камеры, снабженные подводящими жидкость трубопроводами, расходную емкость, при этом одна камера снабжена манометрической трубкой с помещенным внутри нее датчиком температуры и соединенным с

XI 00

00

VJ

со

регулятором температуры, другая камера оборудована цилиндрическим конденсатором, соединенным с измерителем и регистратором изменения емкости,

Недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокой точности и производительности определения прони- цаеМости пористых материалов. Это объясняется fen, что измерение объема жидкости, протекающей через пористый материал, определяется путем изменений положения мениска жидкости в капилляре, положение которого будет зависеть от физико-химических свойств применяемых рабочих жидкостей, D частности от ее пооерхностнсто натяжения и плотности, что вносит значительную погрешность в измерение объема. Кроме того, давление определяется путем измерения изменения емкости цилиндрического конденсатора, зависящей от изменения высоты столба жидкости в этом конденсаторе, которая также будет зависеть от физико-химических свойств рабочей жидкости, в частности от ее диэлектрической проницаемости, что также будет вносить значительную погрешность в измерение рабочего давления.

Это устройство для выполнения измерений требует также предварительного изготовления образцов испытуемого материала специальной формы и размера и ручного зажима образцов в измерительной ячейке, что снижает производительность измерений.

Цель изобретения - повышение производительности и точности определения проницаемости пористых материалов.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно оборудовано прижимным узлом, жестко связанным с подвижной верхней камерой измерительной ячейки и соединенным трубопроводами с блоком управления давлением от пневмо- источника и через стабилизатор давления и управляемые клапаны параллельно с расходной емкостью и через вспомогательную камору, снабженную фотодатчиком, с верхней камерой измерительной ячейки, расходная емкость через управляемый клапан и измерительную емкость соединена с нижней камерой измерительной ячейки, вспомогательная камера и расходная емкость через управляемые клапаны связаны с атмосферой, измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными на ней фотодатчиками, подсоединенной параллельно к измерительной емкости, фотодатчики и управляемые клапаны электрически соединены через блок управления с электронно-вычислительным блоком и регистратором.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство для определения проницаемости пористых материалов содержит изме- рительную ячейку 1, которая имеет подвижную камеру 2 с уплотнительным кольцом 3, неподвижную камеру 4, между

которыми размещается испытуемый материал 5. Подвижная камера 2 механически связана с прижимным узлом 6, к которому с помощью шлангов 7 подводится сжатый воздух от блока управления 8, соединенного

с пневмосетью. Подвижная камера 2 соединена трубопроводом 9 с расходной емкостью 10, а также с вспомогательной камерой 11 трубопроводом 12. На вспомогательной камере 11 в ее нижней части размещен фотодатчик 13, электрически соединенный с блоком управления 8, а в верхней части установлен клапан 14, сообщающийся с атмосферой. Шланг 15 соединяет камеру 11 через соленоидный клапан 16 и стабилизатор давления 17 с блоком управления 8. Неподвижная камера 4 соединена с измерительной емкостью 18, которая снабжена сообщающейся с ней оптически прозрачной калиброванной трубкой 19 с размещенными

на ней фотодатчиками 20 и 21. Вверху на измерительной емкости 18 установлена заливочная воронка 22, а внизу она соединена через соленоидный клапан 23 с расходной емкостью 10, которая снабжена мерной

трубкой уровня 24. Расходная емкость 10 связана через клапан 26 с атмосферой, а через клапан 25 и стабилизатор давления 17 с блоком управления 8, который через клапан 16 связан с вспомогательной камерой

11 трубопроводом 15. Электронно-вычислительный блок 27 с индикатором 28 соединен с блоком управления 8.

Устройство работает следующим образом

Перед началом работы в измерительной ячейке 1 размещают испытуемый материал 5, который герметично зажимается в ней прижимным узлом С. В расходную емкость 10 заливается рабочая жидкость, уровень

которой контролируется мерной трубкой

уровня 24. Затем устанавливается заданное

постоянное давление воздуха, например 0,5

кгс/см2, стабилизируемое стабилизатором

давления 17.

Послэ выполнения указанных операций процесс определения проницаемости испытуемого материала выполняется устройством автоматически по заданному алгоритму.

Исходное состояние устройства - все клапаны (14,16,23,25 и 26) закрыты. С блока управления 8 подается команда измерение. При этом открываются клапаны 14 и 25 и рабочая жидкость из расходной емкости 10 под давлением воздуха поступает по трубопроводу 9 в подвижную камеру 2 ячейки 1, вытесняя из нее воздух через трубопровод 12 во вспомогательную камеру 11 и открытый клапан 14 в атмосферу.

При заполнении рабочей жидкостью камеры 2 и достижении ею уровня установки фотодатчика 13 в блок управления 8 от фотодатчика 13 подается сигнал, по которому клапан 14 закрывается. При этом рабочая жидкость под заданным и стабилизированным давлением проходит через испытуемый материал 5 и неподвижную камеру 4 ячейки 1 и заполняет измерительную емкость 18с калиброванной трубкой 19. При достижении жидкостью уровня фотодатчика 21 от него поступает сигнал через блок управления 8 в электронно-вычислительный блок 27 о времени начала измерения, то есть о времени начала заполнения рабочей жидкостью заданного объема. При достижении жидкостью уровня фотодатчика 20 от него поступает сигнал через блок управления 8 в электронно-вычислительный блок 27 о времени конца измерения, то есть о времени конца заполнения рабочей жидкостью заданного объема. Таким образом, измеряется время заполнения заданного объема в измерительной емкости 18 рабочей жидкостью, прошедшей через фиксированную площадь испытуемого материала при заданном постоянном давлении электронно- вычислительным блоком 27 по формуле

Q

V

S -Т

при Р const,

где Q - проницаемость испытуемого материала;

V - заданный объем;

S - фиксированная площадь испытуемого материала;k

Т - время заполнения заданного объема рабочей жидкостью;

Р - давление жидкости на испытуемый материал.

Вычисленное значение проницаемости индицируется индикатором 28.

По завершении процесса измерения следует операция продувки измерительной ячейки, состоящая в том, чтобы из подвижной камеры 2 ячейки 1 возвратить оставшуюся в ней рабочую жидкость в расходную емкость 10. При этом клапан 25 закрывается, а клапаны 26 и 16 открываются, и сжатый

воздух от блока управления 8 через стабилизатор давления 17, клапан 16, трубопровод 15, камеру 11, трубопровод 12 вытесняет оставшуюся жидкость из камеры 5 2 по трубопроводу 9 в расходную емкость

ю.

После завершения продувки клапаны 14 и 16 закрываются, а клапан 23 открывается. При этом происходит слив рабочей жидко0 сти из измерительной емкости 18 и калиброванной трубки 19 в расходную емкость 10. После окончания слива клапаны 23 и 26 закрываются и устройство вновь готово к работе. Измерительная ячейка 1 при Ј;грм

5 осушена после продувки, а следовательно также готова к размещению в ней нового образца испытуемого материала. По команде с блока управления 8 узел 6 отжимает испытуемый материал в ячейке 1 и после его

0 удаления в нее помещают следующий, который зажимается герметично в ячейке, также по команде с блока управления узлом 6.

Пример конкретного выполнения. Устройство для определения проницаемо5 сти пористых материалов реализовано в со- ставе измерительной ячейки с автоматическим прижимным узлом испытуемого материала в ней, измерительной емкости с фотодатчиками и электронного

0 блока. Подвижная камера измерительной ячейки оснащена вспомогательной камерой объемом порядка 20 см из условий суммарной величины объема подвижной камеры измерительной ячейки и объема трубопро5 вода. Прижимной узел представляет собой пневмоцилиндр, работающий при давлении от пневмосети порядка 2.5 кгс/см и автоматически управляемый соленоидными клапанами блока управления.

0 Площадь испытуемого материала, фиксируемая уплотнительным кольцом подвижной камеры измерительной ячейки, через которую пропускается рабочая жидкость, составляет 13,85-10 4 м2. Давление рабочей

5 жидкости на испытуемый материал стабилизировано и имеет значение 0,5 ± 0,025 кгс/см , устанавливаемое с помощью регулятора-стабилизатора давления типа СРД- 03, и индицируется вольтметром типа

0 Ф-217.

Фотодзтчмки, установленный на калиброванной стеклянной трубке и на вспомогательной камере, выполненной также из 5 стекла, реализованы на фотодиодах типа АЛ-107 и светодиодах т ипа ФД-27К, работающие в инфракрасной области спектра в вентильном реж/ме, обеспечивающие высокую помехозащищенность.

Величину объема, заполняемую рабочей жидкостью в измерительной емкости, задают и фиксируют положением фотодатчиков на калиброванной трубке с помощью микрометрического винта. Диаметр калиброванной трубки много меньше диаметра измерительной емкости, например, 3 и 30 мм, что обеспечивает стабильность и точность задания измеряемого объема.

Блок управления устройства оснащен соленоидными клапанами типа СКН-2, которые включаются тиристорными ключами по командам, запрограммированным в электронно-вычислительном блоке. Выполнен блок на микросхемах 155 серии и имеет светодиодный индикатор, который выдает результаты измерений проницаемости в диапазоне от 500 до 50000 с точностью не более 1%.

Предлагаемое устройство обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества: значительно повышена точность измерения проницаемости пористых материалов, поскольку в устройстве исключена зависимость измерений от физико-химических свойств используемых рабочих жидкостей; ликвидирована необходимость предварительного изготовления специальных размеров и формы образцов испытуемого материала для выполнения измерений проницаемости, а также обеспечена возможность быстрой смены испытуемого материала в измерительной ячейке за счет введения в устройство автоматического зажимного узла, а также электронно-вычислительного блока, автоматически вычисляющего результаты измерений, что резко повысило производительность определения проницаемости пористых материалов.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Устройство для определения проницаемости пористых материалов, содержащее измерительную ячейку, состоящую из верхней подвижной и нижней неподвижной камер, трубопроводы для подвода и отвода

жидкости, расходную емкость, соединенную с измерительной ячейкой, измеритель объема жидкости и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения,

оно дополнительно оборудовано прижимным узлом, жестко связанным с подвижной верхней камерой измерительной ячейки и соединенным трубопроводами с блоком управления давлением от пневмоисточника и

через стабилизатор давления и управляемые клапаны параллельно с расходной костью и через вспомогательную камеру, снабженную фотодатчиком, - с верхней камерой измерительной ячейки, расходная

емкость через управляемый клапан и измерительную емкость соединена с нижней камерой измерительной ячейки, вспомогательная камера и расходная емкость через управляемые клапаны связаны с атмосферой, измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными на ней фотодатчиками, подсоединенной параллельно к измерительной емкости, фотодатчики и управляемые клапаны электрически соединены через блок управления с электронно-вычислительным блоком и регистратором.

8

#

15

28