RU1784873C - Устройство дл определени проницаемости пористых материалов - Google Patents

Abstract

Область использовани : мембранна  техника дл  определени  проницаемости мембран, примен емых в оборудовании ультра- и микрофильтрации дл  разделени  жидких сред. Сущность: устройство, состо щее из измерительной  чейки, расходной емкости, измерител  объема жидкости и регистратора , дополнительно оборудовано прижимным узлом, а измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными в ней фотодатчиками . 1 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к области определени  проницаемости пористых материалов и может быть использовано в мембранной технике дл  неразрушающего экспресс-контрол  проницаемости мембран , примен емых в оборудовании ультра-и микрофильтрации дл  разделени  жидких сред в медицинской, микробиологической, химической, электронной и других смежных отрасл х промышленности.

Известно устройство дл  определени  проницаемости пористых материалов, состо щее из камеры дл  размещени  испытуемого образца, выполненной в виде набора плоских сменных рамок, которые вместе с опорными и уплотнительными элементами, расположенными между двум  плитами, ст нуты ст жными шпильками с гайками.

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

нижнюю часть устанавливаетс  мембрана, котора  плотно прижимаетс  верхней частью с помощью откидного зажима.

Недостатком этих устройств  вл етс  необходимость изготовлени  образцов ис- пытузмых мембран специальных размеров и формы и осуществлени  ручного зажима мембраны в измерительной  чейке, что снижает производительность определени  проницаемости пористых материалов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  определени  проницаемости пористых материалов, содержащее цилиндрическую измерительную  чейку, разделенную испытуемым материалом на две камеры, снабженные подвод щими 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

регул тором температуры, друга  камера оборудована цилиндрическим конденсатором , соединенным с измерителем и регистратором изменени  емкости,

Недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокой точности и производительности определени  прони- цаеМости пористых материалов. Это объ сн етс  fen, что измерение объема жидкости, протекающей через пористый материал, определ етс  путем изменений положени  мениска жидкости в капилл ре, положение которого будет зависеть от физико-химических свойств примен емых рабочих жидкостей, D частности от ее пооерхностнсто нат жени  и плотности, что вносит значительную погрешность в измерение объема. Кроме того, давление определ етс  путем измерени  изменени  емкости цилиндрического конденсатора, завис щей от изменени  высоты столба жидкости в этом конденсаторе, котора  также будет зависеть от физико-химических свойств рабочей жидкости, в частности от ее диэлектрической проницаемости, что также будет вносить значительную погрешность в измерение рабочего давлени .

Это устройство дл  выполнени  измерений требует также предварительного изготовлени  образцов испытуемого материала специальной формы и размера и ручного зажима образцов в измерительной  чейке, что снижает производительность измерений.

Цель изобретени  - повышение производительности и точности определени  проницаемости пористых материалов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дополнительно оборудовано прижимным узлом, жестко св занным с подвижной верхней камерой измерительной  чейки и соединенным трубопроводами с блоком управлени  давлением от пневмо- источника и через стабилизатор давлени  и управл емые клапаны параллельно с расходной емкостью и через вспомогательную камору, снабженную фотодатчиком, с верхней камерой измерительной  чейки, расходна  емкость через управл емый клапан и измерительную емкость соединена с нижней камерой измерительной  чейки, вспомогательна  камера и расходна  емкость через управл емые клапаны св заны с атмосферой , измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными на ней фотодатчиками, подсоединенной параллельно к измерительной емкости, фотодатчики и управл емые клапаны электрически соединены через блок управлени  с электронно-вычислительным блоком и регистратором.

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Устройство дл  определени  проницаемости пористых материалов содержит изме- рительную  чейку 1, котора  имеет подвижную камеру 2 с уплотнительным кольцом 3, неподвижную камеру 4, между

которыми размещаетс  испытуемый материал 5. Подвижна  камера 2 механически св зана с прижимным узлом 6, к которому с помощью шлангов 7 подводитс  сжатый воздух от блока управлени  8, соединенного

с пневмосетью. Подвижна  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 управлени  8, а в верхней части установлен клапан 14, сообщающийс  с атмосферой . Шланг 15 соедин ет камеру 11 через соленоидный клапан 16 и стабилизатор давлени  17 с блоком управлени  8. Неподвижна  камера 4 соединена с измерительной емкостью 18, котора  снабжена сообщающейс  с ней оптически прозрачной калиброванной трубкой 19 с размещенными

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

трубкой уровн  24. Расходна  емкость 10 св зана через клапан 26 с атмосферой, а через клапан 25 и стабилизатор давлени  17 с блоком управлени  8, который через клапан 16 св зан с вспомогательной камерой

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

Устройство работает следующим образом

Перед началом работы в измерительной  чейке 1 размещают испытуемый материал 5, который герметично зажимаетс  в ней прижимным узлом С. В расходную емкость 10 заливаетс  рабоча  жидкость, уровень

которой контролируетс  мерной трубкой

уровн  24. Затем устанавливаетс  заданное

посто нное давление воздуха, например 0,5

кгс/см2, стабилизируемое стабилизатором

давлени  17.

Послэ выполнени  указанных операций процесс определени  проницаемости испытуемого материала выполн етс  устройством автоматически по заданному алгоритму.

Исходное состо ние устройства - все клапаны (14,16,23,25 и 26) закрыты. С блока управлени  8 подаетс  команда измерение . При этом открываютс  клапаны 14 и 25 и рабоча  жидкость из расходной емкости 10 под давлением воздуха поступает по трубопроводу 9 в подвижную камеру 2  чейки 1, вытесн   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 уровн  установки фотодатчика 13 в блок управлени  8 от фотодатчика 13 подаетс  сигнал, по которому клапан 14 закрываетс . При этом рабоча  жидкость под заданным и стабилизированным давлением проходит через испытуемый материал 5 и неподвижную камеру 4  чейки 1 и заполн ет измерительную емкость 18с калиброванной трубкой 19. При достижении жидкостью уровн  фотодатчика 21 от него поступает сигнал через блок управлени  8 в электронно-вычислительный блок 27 о времени начала измерени , то есть о времени начала заполнени  рабочей жидкостью заданного объема. При достижении жидкостью уровн  фотодатчика 20 от него поступает сигнал через блок управлени  8 в электронно-вычислительный блок 27 о времени конца измерени , то есть о времени конца заполнени  рабочей жидкостью заданного объема. Таким образом, измер етс  врем  заполнени  заданного объема в измерительной емкости 18 рабочей жидкостью , прошедшей через фиксированную площадь испытуемого материала при заданном посто нном давлении электронно- вычислительным блоком 27 по формуле

Q

V

S -Т

при Р const,

где Q - проницаемость испытуемого материала;

V - заданный объем;

S - фиксированна  площадь испытуемого материала;k

Т - врем  заполнени  заданного объема рабочей жидкостью;

Р - давление жидкости на испытуемый материал.

Вычисленное значение проницаемости индицируетс  индикатором 28.

По завершении процесса измерени  следует операци  продувки измерительной  чейки, состо ща  в том, чтобы из подвижной камеры 2  чейки 1 возвратить оставшуюс  в ней рабочую жидкость в расходную емкость 10. При этом клапан 25 закрываетс , а клапаны 26 и 16 открываютс , и сжатый

воздух от блока управлени  8 через стабилизатор давлени  17, клапан 16, трубопровод 15, камеру 11, трубопровод 12 вытесн ет оставшуюс  жидкость из камеры 5 2 по трубопроводу 9 в расходную емкость

ю.

После завершени  продувки клапаны 14 и 16 закрываютс , а клапан 23 открываетс . При этом происходит слив рабочей жидко0 сти из измерительной емкости 18 и калиброванной трубки 19 в расходную емкость 10. После окончани  слива клапаны 23 и 26 закрываютс  и устройство вновь готово к работе . Измерительна   чейка 1 при Ј;грм

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

0 удалени  в нее помещают следующий, который зажимаетс  герметично в  чейке, также по команде с блока управлени  узлом 6.

Пример конкретного выполнени . Устройство дл  определени  проницаемо5 сти пористых материалов реализовано в со- ставе измерительной  чейки с автоматическим прижимным узлом испытуемого материала в ней, измерительной емкости с фотодатчиками и электронного

0 блока. Подвижна  камера измерительной  чейки оснащена вспомогательной камерой объемом пор дка 20 см из условий суммарной величины объема подвижной камеры измерительной  чейки и объема трубопро5 вода. Прижимной узел представл ет собой пневмоцилиндр, работающий при давлении от пневмосети пор дка 2.5 кгс/см и автоматически управл емый соленоидными клапанами блока управлени .

0 Площадь испытуемого материала, фиксируема  уплотнительным кольцом подвижной камеры измерительной  чейки, через которую пропускаетс  рабоча  жидкость, составл ет 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 регул тора-стабилизатора давлени  типа СРД- 03, и индицируетс  вольтметром типа

0 Ф-217.

Фотодзтчмки, установленный на калиброванной стекл нной 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, заполн емую 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 задани  измер емого объема.

Блок управлени  устройства оснащен соленоидными клапанами типа СКН-2, которые включаютс  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 измерени  проницаемости пористых материалов, поскольку в устройстве исключена зависимость измерений от физико-химических свойств используемых рабочих жидкостей; ликвидирована необходимость предварительного изготовлени  специальных размеров и формы образцов испытуемого материала дл  выполнени  измерений проницаемости, а также обеспечена возможность быстрой смены испытуемого материала в измерительной  чейке за счет введени  в устройство автоматического зажимного узла, а также электронно-вычислительного блока, автоматически вычисл ющего результаты измерений, что резко повысило производительность определени  проницаемости пористых материалов.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и  

Устройство дл  определени  проницаемости пористых материалов, содержащее измерительную  чейку, состо щую из верхней подвижной и нижней неподвижной камер , трубопроводы дл  подвода и отвода

жидкости, расходную емкость, соединенную с измерительной  чейкой, измеритель объема жидкости и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  производительности и точности определени ,

оно дополнительно оборудовано прижимным узлом, жестко св занным с подвижной верхней камерой измерительной  чейки и соединенным трубопроводами с блоком управлени  давлением от пневмоисточника и

через стабилизатор давлени  и управл емые клапаны параллельно с расходной костью и через вспомогательную камеру, снабженную фотодатчиком, - с верхней камерой измерительной  чейки, расходна 

емкость через управл емый клапан и измерительную емкость соединена с нижней камерой измерительной  чейки, вспомогательна  камера и расходна  емкость через управл емые клапаны св заны с атмосферой , измеритель объема жидкости выполнен в виде калиброванной трубки с размещенными на ней фотодатчиками, подсоединенной параллельно к измерительной емкости, фотодатчики и управл емые клапаны электрически соединены через блок управлени  с электронно-вычислительным блоком и регистратором .

8

#

15

28