Устройство для определения газопроницаемости материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, соде жащее герметичную камеру., в которой выполнены отверстия для ввода и вывода газа, снабженную крышкой и штоком, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем создания сложной деформации образца, в полости камеры коаксиальнр штоку установлен сильфон, одним концом соединенный с крышкой камеры, а другим, глухим концом, жестко связан со штоком, причем шток выполнен в виде стакана, дно которо го соединено с образцом, а верхняя внутренняя часть снабжена двумя профилированными вставками, нижние винтовые поверхности которых через подшипники , пальцы и тягу связаны с сильфоном.

I

П9) (1И

СOСЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ .,РЕСПУБЛИН

3(5П 0 01 Л 1 5/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3490500/18-25 (22) 23.08 ° 82 (46) 23.11.83. Бюл, 9 43 (72) Ф.М.Позвонков, С.А.Смоликов и Л.Н.Фокин (.53) 539.217,1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ю 169846, кл. (j 01 N 15/08, 1964, 2. Авторское свидетельство СССР

9 628431, кл. а 01 N 15/08, 1978.

3. Качмар В.Ф. Влияние механической нагрузки на водопроницаемость некоторых металлов при повышенных температурах. Канд.дисс. 1976, с. 43, рис, 2 и 5 (прототип).

В ° (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЛ ОПРЕ (ЕЛЕНИЯ

ГАЭОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, соДеРжащее герметичную камеру, в которой выполнены отверстия для ввода и вывода газа, снабженную крышкой и штоком, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем создания сложной деформации образца, в полости камеры коаксиально штоку установлен сильфон, одним концом соединенный с крышкой камеры, а другим, глухим концом, жестко связан со штоком, причем шток выполнен в виде стакана, дно котороro соединено с образцом, а верхняя внутренняя часть снабжена двумя профилированными вставками, нижние винтовые поверхности которых через подшипники, пальцы и тягу связаны с

Ф сильфоном.

1056004

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения газопроницаемости твердых материалов и может быть использовано при исследовании процессов диффузии . газов в твердых телах. 5

Известно устройство для исследования диффузии газа в твердых телах, включающее герметичный корпус, в котором размещена газовая камера, сообщенная с источником газа высоко« 10

ro.äàâëåHèÿ, полый образец, установленный в газовой камере, при этом полостЬ образца сообщена с системой измерения давления газа )1) .

Недостатки устройства заключаются 15 в том, что количество продиффундирующего через стенку образца газа зависит не только от величины напряжения в материале стенки образца, но и от величины давления в газовой полости, что не позволяет получить корректной зависимости величины продиффундирующего через стенку образца газа от величины напряжений.

Известно устройство для определения гаэопроницаемости полимеров, находящихся в состоянии всестороннего сжатия, содержащее корпус с полОстью, сообщающейся с системой подачи среды и системой измерения (2 .

К недостаткам указанного устрой- 30 ства относится отсутствие воэможности создания в образце касательных деформирующих напряжений. Кроме того, применение устройства затруднено при исследовании твердых порис- 35 тых материалов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для исследования процес-. сов диффузии газов в твердых телах, 40 содержащее герметичную камеру, в которой выполнены отверстия для ввода и вывода газа, снабженную крышкой и штоком. шток жестко связан с исследуемым 45 образцом .для создания деформирующей нагрузки, Нагрузка передается на образец по вертикальной оси штока .

С помощью штока на образец передается одноосное растяжение. При этом с помощью специальной системы измеря-50 ется количество газа, продифундиро-, вавшего через стенки полого деформированного образца. Напряжение, возникающее в стенке образца в результате воздействия давления газа, 55 .существенно ниже по сравнению с напряжениями, вызванными механической деформацией образца. Таким образом, с помощью известного устройства возможно определять газопроницаемость материалов в условиях одноосного . напряженного состояния (Я .

Однако в настоящее время для решения ряда технических задач требуется знание характеристик газопроницае- 65 мости материалов s условиях сложного напряженыого состояния. Укаэанное известное устройство не дает возможности решить поставленную задачу, так как материал образца испытывает только одноосное растяжение.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей известного устройства путем создания в материале образца сложного напряженного состояния.

Поставленная цель достигается . тем, что в устройстве для определения гаэопроницаемости материалов, содержащем герметичную камеру в которой выполнены .отверстия для ввода и вывода газа, снабженную крышкой и штоком, в,полости камеры коаксиально штоку установлен сильфон, одним концом соединенный с крышкой камеры, а другим, глухим концом, жестко связан со штоком, причем шток выполнен в виде стакана, дно которого соединено cобразцом, а верхняя внут- ренняя часть снабжена двумя профилированными вставками, нижние винтовые поверхности которых через подшипники, пальцы и тягу связаны с сильфоном. Направляющие поверхности крышки камеры и штока выполнены в виде плоскостей, установленных с зазором друг относительно друга, Кроме того, устройство снабжено нагревателем, позволяющим задавать необходимую температуру образца.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид на фиг. 2 вид A на фиг. 1, на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 — схема сил, действующих на образец.

Устройство содержит жестко укрепленный на основании 1 герметичной камеры образец 2, верхний торец которого жестко соединен с дном стакана 3, верхняя внутренняя часть которого снабжена прсфилированными вставками 4. Подшипники 5, соединенные через пальцы б с тягой 7, опираются на винтовую поверхность профилированных вставок 4. Тяга 7 является жестким связующим звеном между подшипниками 5 и-днищем 8 сильфона 9.

Днище 8 сильфона 9,жестко соединено со стержнем 10, который является продолжением тяги 7 и имеет в верхней своей части направляющие плоскости. Плоскости стержня 10 размещены относительно направляющих. плоскостей крышки 11 герметичной камеры с зазором, в котором размещены тела 12 качения, Вторым своим торцом сильфон жестко соединен с крышкой. 11, которая герметично соединена с корпусом камеры 13 . Герметичность корпуса обеспечивается прокладками 14. Нагрев образца 2 осуществляется с помощью нагревателя 15. Подача газа под давлением производится через вход1056004 ное отверстие 16 в камере, а измерение количества продиффундирующего через стенки образца газа - через выходное отверстие 17.

Устройство работает следующим образом.

После подключения нагревателя 15 и достижения необходимой температуры образца 2 s камеру через входное отверстие 16 подается гаэ под давлением в результате действия которого силь- 10 фон 9 сжимается, перемещая вверх шток. Диаметр юильфона 9 выбирается таким, чтобы давление газа, обеспечивающее. усилие на образец 2, не вызывало существенных напряжений матери- )5 ала образца, возникающих от действия сил давления на стенки образца. Поскольку шток состоит иэ двух частей:, одна из которых оканчивается профиллированными вставками 4, а на другой укреплены подшипники 5, через пальцы

6 и тягу 7 передающие усилие от силь- фона 9 на вставки 4, то обе части штока тоже перемещаются вверх. При этом образец 2 нагружается нормальным и касательным напряжением, поскольку вторая часть штока, жестко связанная с образцом, переместится по винтовой поверхности, образуемой поверхностью профиллированных вставок 4 (фиг. 3 и 4). При действии сиры P действу- ЗО ющей в результате сжатия сильфона 9 на поверхность профиллированных вставок 4 возникает реакция опоры N, проекции которой на оси х и у равны соответственно: Ng= Н в1п» и 35 ну = и еозс,. В результате воздейатвия силы N в образце обеспечивается ,осевая нагрузка, а действие силы Ny ,приводит к появлению крутящего момента который, в свою очередь, является следствием возникновения в образце касательных напряжений кручения.

Исползуемый газ диффундирует через стенки образца 2 и регистрируется ,системой измерения количества газа, герметично связанной с выходом камеры.

Для исключения скручивания силь фона на верхней части стержня 10 выполнены направляющие плоскости, аналогичные направляющим плоскостям верхней крышки 11, а в зазоре между направляющими плоскостями крышки 11 и стержня 10 размещены тела качения.

При нагружении образцов стержень 10, перемещаясь па направляющим, переда.ет на сильфон только осевую нагрузку.

Для того, чтобы провести исследования характеристик гаэопроницаемости материалов образцов на других уровнях напряжений при фиксированном давлении газа, необходимо заменить одни профиллированные .вставки 4 другими, имеющими отличные от первых углы подъема винтовой поверхности.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными воэможностями по сравне" нию с известным и позволяет получить характеристики гаэопроницаемости материалов при воздействии как осевых так и касательных деформирующих напряжений.

ВНИИПИ Заказ 9289/33 ,Тираж 873. Подписное

Филиал ППП "Патент", r,Óàãîðîä,ул.Проектная,4