Способ объема определения тел Советский патент 1993 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении объема микропористых материалов, например древесины, в технологических емкостях.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Цель достигается благодаря тому, что при газодинамическом способе определения объема материалов путем газового разряда калиброванной емкости в измерительную и измерения давлений в этих емкостях до и после газового разряда предварительно в измерительную емкость помещают часть материала известного номинального объема, осуществляют два дополнительных газовых разряда калиброванной емкости в измерительную емкость и измеряют давления в этих емкостях до и после разрядов, затем из уравнения

И „ .т+ р ,суа4УП-УТЬР,(УП-УТЬСУ«

&M -bORJ+P(Vv..-VTl-OV - M-P J i.

№1($ч Ь ЪК$ь1 $

4v(VrJ4vM p-J

определяют неизвестную константу Qz , a из уравнения

vj«

ё

00

а

00

ел

4 О

Рр(Уд УЯ-ЧтНьмУшЖт-СУе-Р«ЛУп-Ут)

- коэффициент пористости КПОр данного материала, при этом неизвестный объем всей партии материалов определяют из уравнения

fc -pnb b г т ,„ 4.., aKno,R0Tfi ек ИоТйГ 0 b 1

где

9..)- л% ЧЧ - ом,

где Рао; Рио; Рр - первоначальные давления в калиброванной и измерительной емкостях и равновесное давление после газового разряда;

Va, Vn, W- номинальные объемы калиброванной и измерительной емкостей и номинальный объем части партии материалов;

V - определяемый объем партии материалов;

Ro -универсальная газовая постоянная;

Т - температура газовой среды, окружающей емкости;

Ткр; Ркр - критические температура и давление;

b - константа Ван-дер-Ваальса;

6k - обобщенная константа, равная

где В - структурная константа; ft- коэффициент афикности;

Кпор - коэффициент пористое™ данной партии материалов;

ДМа; ДМп - масса газа, десорбируемая со стенок калиброванной емкости, и масса газа, адсорбируемая на стенках измерительной емкости в процессе газового разряда;

4Мв.

С(Рао/Рн)

I

Иао/РиКИС-ОРаа/Р,,)

ДМ

(Рн-Рио)(Рн-()1 И-Аи где С - константа, постоянная для данного материала, из которого изготовлены измерительная и калиброванная емкости;

К - коэффициент, равный отношению , где М - молекулярный вес;

я х зв;

ея;

аи

я

ий

я а ия

го ею

Ga, GH - масса калиброванной и измерительной емкостей;

S - удельная поверхность материала, из которого изготовлены калиброванная и из- 5 мерительная емкости;

N - число Авогадро;

Ам - площадь молекулы газа, занимаемая в адсорбируемом слое;

Рн - давление насыщения, определяе- Ю мое из уравнения

{1д(Рн/Р|)2Ид(()2-),

где PI - текущее давление;

15 и индексы первого и второго дополнительных газовых разрядов, при которых в измерительной емкости насыщается только часть партии материалов;

- индекс основного газового разря20 да, при котором в измерительной емкости располагается весь материал.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предложенный способ. Устройство состоит из баллона 1 со сжа25 тум воздухом, соединенного посредством . трубопровода с пневмоклапаном 2 с калиброванной емкостью 3, которая, в свою очередь, посредством трубопровода с пневмоклапаном А соединена с измеритель30 ной емкостью 5. Емкости 3 и 5 снабжены манометрами б и 7.

Измереш } объема партии материалов производится следующим образом.

Сначала в измерительную емкость 5 по35 мещается небольшая часть партии с известным номинальным объемом. Емкость 5 герметизируется, и из баллона 1 в калибро- - ванную емкость 3 подается первая порция газа. С помощью манометра 6 измеряют

40 давление в калиброванной емкости 3 и открывают клапан 4, пропуская газ в измерительную емкость до выравнивания давлений в обеих емкостях. Данное давление измеряют при открытом клапане 4 ма45 нометром 6 или 7. После этого клапан 4 закрывают и в калиброванную емкость 3 подают новую порцию газа, поднимая его давление до величины большей, чем для первого дополнительного разряда. Данное

50 давление измеряют манометром 6 и вновь, открывая клапан 4, перепускают газ из калиброванной емкости 3 в измерительную емкость 5 до выравнивания в них давления, которое измеряют манометром 6 или 7.

55 С учетом явления адсорбции уравнение газового баланса в емкостях 3 и 5 будет иметь вид:

. Pa0Va+PHo(Vn-VT)Pp(Va+Vn-Vr)H-AMa-ДМи)РоТ- V K °PR°T .

Рн

Pi

ЛЕ

lip Pi

Исп лльзование: измерение объема микропористых материалов, например древесины. Сущность изобретения для определения объема материала его помещают в герметичную измерительную емкость и осуществляют в нее перепуск газа из калиброванной емкости. Объем материала определяют по давлениям в емкостях до и после перепуска и их объемам. Чтобы учесть адсорбцию-десорбцию газа на стенках емкостей и на измеряемом материале, предварительно осуществляют два дополнительных перепуска газа в измерительную емкость, в которую помещена только часть материала извертного объема 1 ил.

где Ro - универсальная газовая постоянная;

Pao, Рио. Рр - первоначальные давления в калиброванной и измерительной емкостях и равновесное давление;

Va, VH - номинальные объемы калиброванной и измерительной емкостей и номинальный объем части партии материалов, помещенной первоначально в измеоитель- 20 ную емкость;

b - константа Ван-дер-Ваальса;

Кпор - коэффициент пористости материалов;

Qz- обобщенная константа, равная В// 25 где 8 - структурная константа; ft- коэффициент афинности;

Ркр, Ткр - критические давление и температур

Т - температура окружающей среды;

ДМа; - масса газа, десорбируемая со стенок калиброванной емкости, и масса газа, адсорбируемая на стенках измерительной емкости в процессе газового разряда;

5 где PI -.текущее давление.

В уравнении (1) две неизвестные величины - обобщенная константа ©2 и Кпор коэффициент пористости материалов.

Для определения константы 6fc решим (1) 10 совместно два уравнения (1), но при различных Рас; Рио; Pp. При первом газовом разряде калиброванной емкости этим

параметрам дадим индекс , при втором газовом разряде - индекс . Получим следующее расчетное уравнение для определения константы:

(Шо-ш.)8.(у0 уп-ут)-Р(у,,.ут1-Р,;оу.,

4MV-&)R,T+pj (y0tvB-yT -p;;(v,,-yI)-pax,

1

i(iK

4v( (4)

30

После определения константы Gfe определим коэффициент пористости материалов из уравнения (1). Для этого преобразуем его следующим образом:

РР(Уа -УУтИ о-йМи1ЕоТ7

К

35

пор

Ч-в тЧЙ

iMfl

C(Pao/P«)

СРрГРи

U-Poo/PuKMc-DPao/P) /, d

ига

Кб Gg NV

-СУО-РИО(УП-УТ) /(2) °-ехр{-б ЈЈ-| -)2%/Р«о

СР„

1 к5-д„ L г

(Рн-РиоНРиЧС-ОРио)/ М-Ам

(3)

где С - константа, постоянная для данного материала, из которого изготовлены обе емкости;50

S - удельная поверхность, из которого изготовлены обе емкости;

Са, Си - массы калиброванной и измерительной емкостей;

N - число Авогадро;55

AM - площадь, занимаемая молекулой газа в адсорбируемом слое:

Рн - давление насыщения, определяемое из уравнения

параметрам дадим индекс , при втором газовом разряде - индекс . Получим следующее расчетное уравнение для определения константы:

(Шо-ш.)8.(у0 уп-ут)-Р(у,,.ут1-Р,;оу.,

4MV-&)R,T+pj (y0tvB-yT -p;;(v,,-yI)-pax,

1

i(iK

4v(

После определения константы Gfe определим коэффициент пористости материалов из уравнения (1). Для этого преобразуем его следующим образом:

РР(Уа -УУтИ о-йМи1ЕоТ7

К

пор

Ч-в тЧЙ

(5)

5

0

5

В исходном расчетном уравнении (5) все параметры известны, кроме КПор. Значения Рас, Рио, Рр могут быть взяты как из первого газового разряда калиброванной емкости 3, так и из второго ее газового разряда. То есть можно в уравнение (5) подставить значения Рао. Рио, Рр или значения Рао, Рио, Рр - результат будет одинаковым.

После определения констант Qz и Кпор, присущих данному материалу, в емкость (5) загружают всю партию материалов. Емкость 5 герметизируют. Затем из баллона нагнетают в калиброванную емкость 5 газ до давления Рао, измеряя эту величину манометром 6. Затем, открыв клапан 4, перепускают газ из калиброванной емкости 3 в измерительную емкость 5 до выравнивания давлений в них и измеряют равновесное

газового баллона при этом (при газовом разряде) будет также иметь вид уравнения (1) с той лишь разницей, что вместо параметра VT - номинального объема части партии материалов будет фигурировать параметр V - искомый объем всей партии материалов, который можно выразить, преобразовав уравнение (1) следующим образом:

(pS -рПь, ь

ЈknooR0T

4 пор

4kno R6TjlQ 1 /g b

КЯОрК0ТЯ

,ххх ио

(l

f, I

чнад-Ч Ш } :

РИГ- Р

ххх Р

)Сб)

(7)

Ма(рГ-РГИи(

)R0T,

(&М

k

а лми

Как видно из уравнений (6), (7), (8), все параметры, входящие в них, известны, кроме искомого объема партии материалов, который и определяется из этих уравнений.

аз(1) с тра маV - , коравхх

)Сб)

(7)

(8)

все кро, кой.

Если в дальнейшем измерению будут подлежать другие партии того же материала, то объемы этих партий можно определять сразу из уравнения (6), так как значения

5 константы Ф и коэффициента пористости Кпор для данного вида материала будут постоянными и уже известными.

Формула изобретения Способ определения объема тел, вклю10 чающий их помещение в герметичную измерительную емкость, перепуск газа в измерительную емкость из сообщенной с ней калиброванной емкости, измерение давления в емкостях до и после перепуска и

1-5 вычисление объема тел, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения точного измерения объема древесных тел, помещение тел в герметичную емкость осуществляют в два

20 приема, сначала помещают часть тел известного объема, а затем добавляют оставшуюся часть тел, причем перед добавлением оставшейся части тел осуществляют дополнительных перепуска газа из калиброван25 ной емкости в измерительную с различными . начальными давлениями газа в калиброванной емкости, при этом при каждом дополнительном перепуске измеряют давление газа в емкостях до и после чего и определяют

30 коэффициент пористости тел, с учетом которого вычислят объем тел.