1
Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-, зовано для определения коэффициентов капиллярной диффузии образцов ненасыщенных пористых материалов, например почвогрунтов нарушенного или ненарушенного сложения.
Известно устройство для определения коэффициентов переноса - коэффи- ю циента капиллярной диффузии D(Q) и коэффициента влагопроводности К(9) ненасыщенных пористых материалов, содержащее две пористые мембраны, между которыми помещают образец пористого ма- 15 териала. С помощью специальных приспособлений можно создавать на мембранах различные измеряемые давления и измерять поток жидкости через систему мембраны-образец. Коэффициент влагопроводности рассчитывается по величине . потока и создаваемого градиента давления СООднако измерения с помощью данного устройства длительны и трудоемки, кон: струкция его весьма сложна, а.диапазон измерений коэффициента переноса узок.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца ненасыщенного почвогрунта ненарушенного ипи нарушенного сложения, пористую мембрану и питатель, представляющий собой поршневой насос, поршень которого перемещается эксцентриком специальной формы, обеспечивающим уменьшение потока жидкости из насоса прюпорционально корню квадратному из времени. Устройство снабжено приспособлением для быстрого измерения влажности тонкого верхнего образца. С помощью такого устройства за нес1 олько часов может быть получена зависимость от влажности практически во всем диапазоне ее измерения (2j. Однако известное устройство сложно в изготовлении и в работе, требует .значительного времени на подготовку к работе,. имеет большое число сменных элементов (насосы разного размера, экс центрики, двигатели), содержит много движущихся частей, поэтому ненадежно. Целью изобретения является повышение надежности конструкции, точности измерений и сокращение времени проведения экспериментов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения ко эффициента капиллярной диффузии.порис тых материалов, содержащем колонку для образца с пористой мембраной и приспо соблением для измерения влажности верх него слоя образца и питатель, питател выполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадь поперечного сечения которого S связана с высотой h соотношением тФг- где V. - объем сосуда; h и h - минимальный и максимальный напор в питаВ устройстве создают поток влаги в образец, уменьшающийся пропорционально корню квадратному во времени. Этот поток поступает на поверхность образца через пооистую мембрану из гидрофобного материала, например фторопласта, не имеющую гидравлического контакта с образцом, абсолютная величина потока задается с помощью игольчатого крана.. На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид. .Образец пористого материала 1, помещенный в жестко закрепленную колонку 2 , поддерживается подогнанной к колонке 2 пластиной 3. которая может перемещаться относительно колонки при вращении винта 4 в неподвижно закрепленной гайке 5, перемещая при этом .образец 1. Перемещение образца измеряется с помощью прикрепленной к плас тине 3 миллиметровой линейки 6 и прикрепленной к гайке 5 нониусной шкалы С точностью до 0,1 мм. Питающая насад ка 7 с пористой мембраной 8 подсоединяется гибким шлангом к игольчатому крану 9 который через трехходовой заполнения системы и с напорным сосудом-питателем 12 специальной формы. Кран 13 служит для слива жидкости из системы. Устройство работает следующим образом. Через кран 10 напорный сосуд-питатель 12 и снятая с колонки 2 питающая насадка 7 заполняется жидкостью из сосуда 11. Образец 1 пористого материала, доведенный до воздушно-сухого состояния, помещается в колонку 2 на пластину 3- При работе с образцами почвогрунтов ненарушенного сложения поверхность образца подрезается по верхней кромке колонки 2, затем посы пается пропущенной через сито 1 мм воздушно-сухой почвой, идентичной почве образца, слегка утрамбовывают и снова подрезается по верхней кромке, При работе с образцами нарушенного сложения достаточно одного подрезания. Такая подготовка поверхности образца позволяет получить ровный фронт смачивания и хорошую воспроизводимость результатов. Затем заполненная питающая .насадка 7 помещается ка верхний торец колонки 2, причем между пористой мембраной 8 и поверхностью образца 1 с.оздается небольшой зазор (0,,8 мм) для ликвидации гидравлической связи образца и насадки. Игольчатый кран 9 устанавливается в одно из положений, которые определяются предварительно при калибровке ;устройства, и задает определенную начальную величину потоку через него. Открывается кран 10 и жидкость из сосуда-питателя 12 через насадку начинает поступать на поверхность образца 1. Равновесная влажность в верхнем слое образца устанавливается очень быстро: в течение 10-12 мин - при самых слабых потоках и в течение 3 мин при самых больших. Во время опыта снимают динамику впитывания по прикрепленной к сосуду 12 специальной шкале: динамика является контролем необходимого временного режима потоками одновременно по ней легко рассчитать сорптивность образца при таком режиме потока. По прошествии указанного промежутка времени перекрывают кран 10, снимают наоадку 7 с колонки 2 и, вращая винт 4,. перемещают образец 1 так, чтобы он выступил из колонки 2 на 1 мм после чего выступающая часть образца быстро срезается и используется в качестве пробы определения влажности гравиметрическим способом, время взя тия образца на влажность не более ТО с. После этого срезается промоченная часть образца, поверхность образца подготавливается аналогично, дополня ется жидкостью сосуд-питатель 12, игольчатый кран 9 устанавливается в новое положение, и опыт повторяется при другой величине потока, задаваемой игольчатым краном. Пример. Наиболее часто при изучении гидрофизических свойств поч применяют образцы диаметром 10 см и высотой 10-12 см (поскольку образцы меньшего диаметра часто бывают недостаточно представительными, а образц большей высоты без нарушения сложения трудно получить). В аналогичном устройстве Дирксена при работе с образцами таких размеров максимальный объем воды, поступивший в образец за время опыта, не превышал 100 см . Ес ли выбрать в качестве начального и конечного напоров см и h 0,1. с то для поперечного сечения напорного сосуда получим. Из технических соображений в каче тве сечения удобно выбрать прямоугол ник, длина которого постоянна, а ши рина X меняется, обеспечивая необход мое изменение площади. Поэтому . П.61 . ь |х и X - . выбрав 1 равным 10 см, получин O-Sl X р-/г-В этом случае х меняется от 55 56 см до 0,06 см при изменении h от О,1 до 10 см. Напорный сосуд иа1;ртавливается из оргстекла, при его калибровке на лицевую ПЛОСКУЮ стенку наносится шкала показывающая объем жидкости в сосуде Питающая насадка 7 имеет диаметр, равный диаметру колонки, пористая мем брана 8 изготавливается из гидрофобного материала, например фторопласта, и перфорируется строго одинаковы ми отверстиями диаметром 1, мм, равномерно разнесенными по ее поверх ности, толщина пористой мембраны 8 примерно равна диаметру отверстий. Игольчатый кран при используемых в устройстве напорах должен полностью в открытом положении обеспечивать прохождение через него 100 см жидкости за 3 мин. Предлагаемое устройство не имеет движущихся элементов, ппоще известного по кпнструкци и удобнее в работе, а потому более надежно, устройство не имеет сменных элементов, что пдзврляет быстрее подготавливать его к опытам, а следовательно, сокращать время эксперимента. Кроме того, предлагаемое устройство дешевле и позволяет получать более подробную зависимость 0(6) по сравнению с известным. Устройство может быть использовано в лабораториях,, изучающих гидрофизические свойства почвогрунтов и других пористых сред. Устройство нетрудно изготовить в лаборатории. Формула изобретения Устройство для определения коэффициента капиллярной диффузии пористых материалов, содержащее колонку для образца с пористой мембраной и приспособлением для .измерения влажности верхнего слоя образца и питатель, о тличающёеся тем, что, с целью повышения надежности конструкции точности измерений и сокращения времени проведения экспериментов, питатель выполнен в виде снабженного игольчатым краном напорного сосуда, площадь поперечного сечения которого S связана с высотой h соотношением V -(vkvfe)h. и hi, - миниобъем сосуда; где V 1. мальный максимальный напор в питаителе. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Глобус А. М. Экспериментальная гидрофизика почв. Л., Гидрометеоиздат, 1969, с. 02-209. 2. Flux controlled sorptlvity measurements to determine soil hydroullc property functions. 1 Sci. Soc. Am. T,-1979. 3. № 5- P. 827-83 (прототип).
