Устройство для определения плавучести материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N9/08 

Изобретение относится к измери. тельной технике, а именно к устройствам для определения плавучести материалов или изделий, напримерпёнопластов при переменном гидростатическом давлении.

Известно устройство, содержащее наполняемую водой гидрокамеру, в которой размещают исследуемый материал (или изделие) и измерительный прибор с указателем, служащий для определения его плавучести.

В качестве измерительных приборов используется либо прокалитрован-. ная пружина с грузом, подвешиваемая к Верхней стенке (крышке) гидрокамеры, либо недеформируема;я плавучесть, связанная с тарировочными .цепями.

Для создания в гидрокамере должного давления применяются присоединенные к ней промежуточный резервуар с водой, баллон с газом или воздухом и гидравлический насос 1.

Характерной особенностью и недостатком работы устройства является линейное равенство между величиной рабочего участка шкалы измерений и величиной вертикального перемедения исследуемых образцов, что

приводит к громоздкости этих устройств и низкой точности измерений. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения плавучести материалов при гидростатических нагрузках, содержащее снабженную герметичной крышкой и соединенную через гидрокомпенсатор с баллоном со сжа10тым газом гидрокамеру, в которой установлен проницаемый для жидкости и газа контейнер для исследуемого образца, соединенный с сильфоном из мерительного прибора, который снабжен с указателем величины плавучести 2. Известное устройство имеет следующие недостатки: невозможность определения при помощи одного устройства в единых условиях характеристик

20 плавучести одновременно у нескольких образцов приводит к необходимости многократных повторений экспериментов с целью получения достоверного результата измерений; незащи25щенность главного элемента измерительного ирибора-сильфона от возможных повреждений при подготовке устройства к эксплуатации и при проведении профилактических работ, а так30же наличие на нем отверстия с пробкой для удаления воздуха из его полости при заливке рабочей жидкости уменьшают надежность измерительного прибора и снижают удобства при его эксплуатации; наличие прямого контакта между водой и воздухом, создающим давление в гидрокомпенсаторе, приводит к насьицению воды и рабочей жидкости- растворенными газами что влечет за собой увеличение коррозии деталей устройства и увеличение погрешности за счет скапливания в полости сильфона газовых пузырько выделяющихся из рабочей жидкости пр декомпрессии; сложность удаления во духа из под крышки гидрокамеры при подготовке устройства к работе, наличие присоса, препятствующего ее снятию по завершению эксперимента; возможность получения погрешности п измерениях и последующей обработке полученных результатов за счет плавучести (отрицательной или положительной) самого контейнера для размещения испытуемого образца. Целью изобретения является сокра щение времени на достовер ных результатов измерений, улучше-. ние эффективности работы устройства повышение надежности и долговечности измерительного прибора, а также повышение точности определения плавучести материалов. Поставленная цель достигается те что в устройстве для определения плавучести материалов при гидростатических нагрузках, содержащем соединенную через гидрокомпенсатор с баллоном заполненным сжатым газом, герметичную гидрокамеру, в которой установлен проницаемый для жидкости и газа контейнер для исследуемого образца, взаимодействующий с сильфо ном измерительного прибора, снабженного указателем величины плавучести, сильфон размещен в стакане и образует с его стенками герметичную полость, гидравлически сообщающуюся с указателем величины плавучести а гидрокомпенсатрр снабжен гибкой раз делительной диафрагмой. Устройство оборудовано несколькими гидрокамерами, взаимодействующими посредством гидрокомпенсаторов с единой системой регулирования дав ления, разобщающими и выпускными вентилями, обеспечивакнцими независи кий, по отношению друг к другу, ввод гидрокамер в работу и вывод из эксплуатации, причем каждая гидрокамера оборудована контрольным мано метром, гидрокомпенсатором и измерительным прибором, исполненным в виде сильфона, герметично установленного в цилиндрическом стакане, |так, что между ними образуется замкнутая полость с рабочей жидкостью, при этом имеет два отверстия, одно из них расположено в верхней стенке и закхжгвается пробкой, а другое сообщает замкнутую полость с прозрачной трубкой указателя величины плавучести исследуемого образца, размещаемого в контейнере, обладающем нейтральной (нулевой) гшавучестью, связанном с сильфоном. Гибкая разделительная диафрагма, разобщает газовую и гидросреды, а гидрокомпенсатор расположен ниже уровня размещения гидрокамеры. Кроме того, с целью улучшения условий эксплуатации, крышка гидрокамеры оборудована краном с расширительной воронкой, сообщающими полость гидрокамеры с атмосферой, а герметизация крялшки с гидрокамерой обеспечивается центральным упором, взаимодействующим со съемным коромыслом, фиксируекым на гидрокамере посредством закладных цилиндрических пальцев. При этом, с целью упрощения конст- . рукции, контейнер для размещения исследуемого образца выполнен из эластичного мелкоячеистого материала, например синтетического, свободно проницаемого для газа, и воды. На чертеже изображено устройство для определения плавучести материалов, общий вид на котором гидрокамера представлена в разрезе и даны частичные вырезы стенок измерительного прибора, контейнера для размещения исследуемого образца и гидрокомпенсатора для лучшего показа конструкции. Устройство для определения плавучести материалов при гидростатических нагрузках содержит несколько гидрокамер 1, взаимодействующих, посредством гидрокомпенсаторов 2, с единой системой регулирования давления, состоящей из баллона со сжатым воздухом 3, редукционного клапана 4 с манометрами и коллектора 5. Баллон и коллектор оборудованы вентилями: запорными б и выпускным 7 соответственно. Каждая гидрокамера 1 оснащена контрольным манометром 8, а внутри ее находится контейнер 9 и исследуe ым образцом 10 { например вспененными гранулами полистр1рола) , связанный с измерительным приёором. Контейнер 9 выполнен из эластичного мелкоячеистого материала, например синтетического, свободно проницаемого для воды и газа и обладает нейтральной (нулевой) плавучестью. Измерительный прибор состоит из сильфопа 11, герметично установленного в цилиндрическом стакане 12так,что между ними образуется замкнутая полость, заполняемая рабочей жидкостью 13, не смешивающейся с водой, при этом стакан имеет два отверстия, одно из них расположено в верхней стенке и закрывается пробкой 14, а другое сообщает замкнутую полость с прозрачной трубкой указателя величины плавучести 15, свободный конец которой связан с полостью гидрокамеры 1. Рабочая «кидкость. 13; заполняет не только замкнуту о полость измерительного прибора, но и соединительную трубку 16, и частично, прозрачную трубку указателя величины плавучести 15. Плавучесть исследуемого образца определяется по шкале измерений 17, Гидрокомпенсатор 2 оборудован подвижной диафрагмой 18, разобщающей газовую и гидросреды,сообщается с системой регулирования давления при помощи разобщающего вентиля 19 и имеет вентиль 20 для выпуска воздуха в атмосферу. Крышка 21, герметизирующая гидрокамеру 1, оборудована краном 22 с расширительной воронкой 23, сообщающими полость гидрокамеры 1 с атмосферой. Герметизация крышки 21 с гидрокамерой 1 обеспечивается центральным упором 24, взаимодействующим со съемным коромыслом 25, фикcиpye ьIM на гидрокамере 1 посредством закладных цилиндрических пальцев 26.

Иccлeдye ый материал (или изделив) помещают в контейнер 9, присоединяют последний к измерительному прибору, дополняют гидрокамеру 1 водой до краев, устанавливаиот крышку 2 с открытым краном 22 и прижимают ее к гидрокамере при помощи центрального упора 24. По тарированной в единицах плавучести шкале измерений 17 определяют начальную плавучесть исследуемого образца при отсутствии избыточного давления. Закрывают выпускные вентили 7 и 20, а также разобщающие вентили 19. Открывают запорный вентиль 6 и, при помощи редукционного клапана 4, создают в коллекторе 5 первоначальное. Минимально необходимое давление для удаления из гидрокамеры I через краны 22 остатков воздуха. Поочередно приоткрывая разобщающие вентили 19, вытесняют воздух из гидрокамер 1 до появления воды в расширительных воронках 23, после чего закрывают краны 22. Регулирование требуемого давления осуществляется с помощью редукционного клапана 4. При повышении давления в гидрокамерах 1, исследуемые образцы 10, уменьшаясь, в объеме, теряют часть плавучести. Под воздействием изменившейся (уменшиииейся) со стороны контейнера 9 на сильфон 11 нагрузки меняется (уменьшается) объем замкнутой полости между сильфоном Ни цилиндрическим стаканом 12, что приводитк вытнению из него части рабочей жидкоети 13 и соответственному увеличению высоты ее столба в прозрачной трубке указателя величины плавучести 15, уравновешивающего результирующую сил действующую на сильфон 11, Регистрация изменения плавучести исследуемого образца осуществляется по шкале измерений 17. Давление в гидрокамере 1 определяют по контрольному манометру 8. Плавучесть исследуемых образцов, например пенопластов, при постоянной гидростатической, нагрузке изменяется (уменьшается) во времени. В этом случае гидростатическое давление поддерживается постоянным автоматически за счёт поступлени в гидрокамеру 1 из гидрокомпенсатора 2 воды, вытесняемой воздухом, подаваемым из баллона 3 редукционным . клапаном 4 при постоянном давлении. Наличие в устройстве разобщающих вентилей 19 .и выпускных вентилей 20 позволяет не только поддерживать во всех гидрокамерах 1 строго одинаковы условия, но и при необходимости, вы вестй любую гидрокамеру из эксплуатации, провести смену исследуемого образца и снова включить ее в работу. Закончив эксперимент, выключают редукционный клапан 4, закрывают вентиль 6, открывают выпускной вентиль 7 и после снижения давления в гидрокамере 1 открывают кран 22. Получив сообщение с атмосферой, вода из гидрокамеры 1 перетекает в гидрокомпенсатор 2 и заполняет его, вытесняя находившийся там воздух через выпускной вентиль 7.

Оборудование устройства для определения плавучести материала при гидростатических нагрузках несколькими гидрокамерами, взаимодействующими с единой системой, регулирования давления, позволяет значительно повысить производительность исследований за счет сокращения времени, необходимого для проведения многократных повторений исследований характеристик плавучести материалов с целью получения достоверности результатов. Кроме этого, изменение конструкции большинства основных узлов (измерительного прибора, гидрокомпенсатора, контейнера, крышки, герметизирующего упора), значительно улучшают эксплуатационные характеристики устройства (точность измерений, надежность, долговечность, удобство эксплуатации).

Проведенные исгштания подтвердил эффективность устройства. Оно может быть использовано не только для проведения лабораторных исследований характеристик плавучести материалов но и, благодаря своей портативност и автономности, является наиболее пригодным, по сравнению с известным