Способ определения температуры завершения фазового перехода воды в лед

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАВЕРШЕНИЯ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА ВОДЫ В ЛЕД в дисперсных материалах, включающий нагрев предварительно ;замороженного образца создание в нем переменного электромагнитного поля и измерение сигналов амплитудИо-частОтногр спектра этого поля и температуры, по кошорьвл судят о тем- . пвратуре завершения фазового, переxof , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с иелью-повьш1ений точности определения , веременное электромагнитное поле-в образце возбуждают с помощью акустических волн, прИ тёмпераг туре ниже фазового: перехода измеряют амплнтуду фоновых сигналов, затем нагревают образец, измеряя спектр сигналов, а о температуре а;аверше- НИИ фазового перехода судят по появ (Л лению сигналов с амплитудой, превцша .кхцей Фоновое значение. .

ае a)>, СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК .:.ЗОВ G 01 И 25 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБЯ ТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

-р с

> (21) 3417754/18-25: .::,,ВОДЫ В ЛВД в дисперсных материалах, (22) 02.04..82 . :,:, !вклнча аций нагрев предварительно (46) 15.10.83. Зюл. В ?8: - :. . :.:;замороженного образца, создание в (72) В.В.Гусев,.A.ñ.павлов u A.Д.Фро-:-:.-, ием.переменного. электромагнитного . лов - - .- .-:,:-, поля и измерение сигналов .амплитуд(71).Московский ордена, Трудового. - ...:-.;,:-.Bo-частотного спектра этого поля и

Красного Знамени геологоразведочный -;.:"::.;температуры, по которым судят о теминститут им. Серго Орджоникидзе : . -; аературе завершения фазового пере.:- - хода, отличающийся тем, (533 536.42(088.8)...:. .что, с целью повышениягочносвти on (56) 1. Квливидзе В.И. и др..Сб .:.:. -. ре)деяения, рнременное электромагнит" .Связанная вода s дисперсных. сис-..:,: ное поле- в образце возбуждают с потемах, вып 2, М., Изд.-во ИГУ,,;: .мошью акустических-волн, прй темпера.—

1932, с. 97. : тура ниже фазового перехода измеряют

2". Авторское свидетельство СССР ..: . :. амплитуду фоновых сигналов, затем

В 624151, кл. Cj 01 5) 25/04, 1976:,.нагревают образец„измеряя Спектр

::(прототип) . ";,::.:сигналов, à о температуре ааверше ния фазового перехода судят по появ(55) (57) CEOCOE OaEEEEEEHEE TEEEEPA-:,,:.:ввввв вврввввв с вввввввдоВ, врввввв- Щ .ГУРЙ ЗАВЕРШЕЙИЯ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА,,:;;:изей фоновое значение.

104В385

2 Изобретение относится к техничес- кой физике, например физике горных пород, и геологии, например мерзлотоведения и может быть использовано при изучении; состояния воды в мерз.лых горных породах,-в которых фазовый переход воды в лед растянут на интервал температур до нескольких. десятков градусов Бельсия.

Иэвестен способ определения тем" пературы завершения фазового перехода воды в лед в мерзлых породах,. основанный на применении ядерно-маг-, нитного резонанса. Этот способ заключается в том, что образец мерзлой породы помещают в измерительную очей-35 ку, замораживают до температуры, гарантирующей завершение фазового перехода воды в лед в исследуемой породе, например для кварцевого песка до температуры ниже -30 С, повышают температуру образца и регидтриру:зт изменение спектра ЯМР. По температурному изменению спектра ЯМР .определяют. температуру .начала плавления льда, котоРая в цикле пониже- 25 ния температуры соответствует температуре завершения фазового перехода воды в лед $1) .

Однако при изучении(образцов песчано-глинистых пород спектры 30

ЯМР искажаются эа счет взаимодействия ядер с ионами парамагнитных примесей, которые всегда. содержатся в реальных горных породах, и в этих случаях для выяснения, природы измене-35 ния спектра ЯМР необходимы специальные дополнительные исследования, не., всегда дающие положительный результат, а аппаратура для излучения снектров

ЯМР весьма сложна и серийно нашей промышленностью пока не выпускается. 4О

Наиболее близким к изобретению являетсэ способ определения температуры завершения фазового перехода воды в лед в дисперсных материалах, включающий нагрев предварительно заморо- 45 женного образца, создание в нем переменного электромагнитного поля и из мерение сигналов амплитудно-частотного спектра этого поля и температуры образца, по которым судят о 59 температуре завершения фазового перехода (2) .

Недостатком этого способа является. дополнительный нагрев от воздейст-. вия на образец возбуждающего электро-55 магнитного поля, который вносит большую погрешность в определение температуры завершения фазового перехода воды в лед.

Бель изобретения — повышение точ-. Щ ности определения температуры щавершенкя фазового. перехода воды и лед.

Поставленная цель достигаешься тем, что согласно способу определения

;температуры завершения фазового "— перехода водй в лед переменное электромагнитное поле в образце возбуждаloT с помощью акустических волн, при температуре ниже фазового перехода измеряют амплитуду фоновых сигналов, затем нагревают. образец, измеряя спектр сигналов, а о температуре завершения фазового перехода судят по появлению сигналов с амплитудой, превышающей фоновое значение.

Способ осуществляется следующим образом. .. Образец исследуемой породы помещают в измерительную ячейку,, например.в плоскопараллельный электрический конденсатор, и замораживают в холодильной камере до температуры, гарантирующей завершение фазового перехода воды в лед в этой породе, например для кварцевого песка около

-30 С, для каолина около -80ОС. 3aтем повышают температуру образца через loC, одновременно регистрифуя ее c ïoìoöüþ термопары или термосоп" ротивления. В исследуемом образце создают поле акустических волн, например, с помощью стандартного пьезоэлектрического излучателя. С помощью стандартного измерительного прибора, например миллнвольтметра,на каждой температуре образца производят измерения разностей потенциалов .между обкладками измерительноГо кон- денсатора, обусловленных воэбужденньм

1электромагнитным полем. При измере ниях на низких температурах спектры измеренных сигналов практически одно родны и не различаются для различ ных температур, т.е. соответствуют фоновым значениям. Начиная с некоторой температуры в,цикле .ее повышения в спектре измеренных. сигналов появляются участки с амплитудами, превышающими фоновые значения, что свидетельствует о начале развития фазового перехода льда в воду (или о завершении фазового перехода воды в лед в цикле понижения температуры) в .исследуемом образце. Измерения в цикле повышения, а не понижения тем,пературы позволяют свести до минимума влияние перераспределения влаги в образце в процессе изменения его температуры. Таким образом, температуру завершения фазового перехода воды в лед определяют по появлению в регистрируемом спвктрреучастков с амплиту дами сигналов, превышающими фоновые значения.

Предлагаемый способ позволяет снизить дополнительный нагрев от воздействия на. образец возбуждающего поля. Благодаря этому повышается на

3-5 С точность определения темпераО туры завершения Фазового перехода воды в лед в мерзлой породе, определяющего формирование основнйх Физи1648385

1 ческих и механических свойств таких 10 м и радиусом. 3 м промораживапиб пород, т.е. параметров, которые необ- производится в зоне радиусом б м, ходимо знать при расчетах, произво- т.е. объем проиораживаемого грунта днмых в строительном проектировании. около 1200 м .. Если принять среднюю

При строительстве часто исноль- объемную плотность грунта за зуют способ предварительного промора- > 1.8 1 0.. кГ/М а удельную тепХййвеживания разрабатываемых грунтов; При кость мерзлого грунта за. этом желательно производить прояора- . 1,1 кДщ/кг С, то ошибка в 1 С й— живание рыхлого грунта до температу- оценке температуры завершения фазоворы завершения в нем фазового перехо- го перехода воды в лед в сторону ее да воды в лед. Иапример, для отра» Ю.; занижения приводит к дополнительньи ботки вертииальной выработки глубиной затратам энергии около 2,2 ° l06.êÄæ.

Составитель Б,Гусев.

Редактор М.Петрова Техред Ж Маточка .Корректор Г. Решетняк:, фйЮЕ ю

" б

Заказ 7923/5О . .. тираж ЮЗ .- Подйисное

ВНИИПИ.ГосударстВЕинОгО кснаитета СССР по делам изорретеиий и открытий .

1130353, Москва,.%35 - Раушская наб., д.4/5.. Филиал ППП Патент ; .г..йжгород, yii.Проектиая, 4