Способ определения влажности материалов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промышленности, в сельском хозяйстве , в исследовательских работах. Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности Способ реализуется с помощью двух сильфонньк сосудов (с) равного объема: для пробы и контрольного. . С с пробой и контрольный сжимают и герметизируют. Измеряют объем V в контрольном С. Затем С расширяют и нагревают их до температуры Т су1пки пробЫо Измеряют давления Р и Pj в обоих С и объем V контрольного Со Соединяют С между собой и измеряют давление РЗ. Расчет влажности W производят по формуле: W 100-ju/(j RT)x ,{(Р,-РЗ) (Р - РЗ ) / (Р, - РЗ) - (Р, - )J - Р ,, где JU- молярная масса воды; Р - плотность пробы; R - универсальная газовая постоянная, 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК цр4 G 01 N 7/16.. е.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3941488/31-25 (22) 02.08.85 (46) 30.07.88. Бюп. Р 28 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН АЗ CCP (72) О.Ш. Хакимов и Л.М. Емельянова (53) 533.275(088,8) (56) Митчел Дж., Смит Д. Акваметрия °

M.: Химия, 1980, с. 554-558.

Авторское свидетельство СССР

Р 1257458, кл. G 01 N 7/16, 15.06.85. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промьпппенности, в сельском хозяйстве, в исследовательских работах.

„„Я0„„1413480 А1

Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности. Способ реализуется с помощью двух сильфонных сосудов (С) равного объема: для пробы и контрольного.

С с пробой и контрольный сжимают и

Ф герметизируют. Измеряют объем V в контрольном С, Затем С расширяют и нагревают их до температуры Т судки пробы Измеряют давления Р, и Р в обоих С и объем V контрольного С. Соединяют С между собой и измеряют давление P . Расчет влажности W производят по формуле: W = 100 ° Я /(RT)1 фр, - P, > (, — P, > i ((Р, — P, > — (P, ".Р >) — Р, е Р У У >, где tu- меяяр- о ная масса воды; р — плотность пробы;

R — универсальная газовая постоянная.

1 ил.

С:

100 Р . Р Р ) (Р Рг) р Ч )»1 3

Ъ 3.-. где р— молярная масса воды, (кг /моль ; плотность пробы кг/мг) универсальная газовая постоянная (Дж/ккал); абсолютная температура нагрева (К).

Сущность способа заключается в сл едующем. !

Влажность W образца материала определяется как отношение массы m, испарившейся из образца влаги при его нагреве до температуры сушки, к массе M исследуемой пробы, т.е.

50 ш

W =—

M (2}

Для определения влажности (отноm шение — } помещают пробу в сильфонМ ный "îñóä, откачивают воздух из со1 141348

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в хлопкоочистительной, текстильной промьпппенности, в сельском хозяйстве, а также в исследовательских работах для определения влажности материалов.

Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса определения влажности материалов, 10

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Способ определения влажности материалов включает помещение пробы в сильфонный сосуд, откачку воздуха из сосуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до минимального объема, герметизацию сосудов, расширение сосудов, их нагрев до темпера- 2О туры сушки пробЫ и последующие измерения давлений P и Р в обоих сосудах, выполненных равными по объему.

Перед расширением сосудов измеряют объем воздуха V в контрольном сосу- 25 де, после расширения и нагрева сосудов Фиксируют их положение, повторно измеряют объем воздуха Ч в контрольном сосуде при температуре нагрева, затем сосуды сообщают между собой и измеряют давление Р, в сосудах, а расчет влажности W производят по формул е суда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов до минимального объема и их герметизируют.

После герметизации в сосудах остается некоторое количество воздуха.

Масса воздуха тп в сосуде с про1 бой

m = P(V - U ), гд е Я, — пл от иост ь во здуха;

V - объем сосуда с пробой после сжатия;

V — - объем пробы, равный (3) где g — - плотность материала пробы (например, плотность волокон хлопка).

Масса воздуха m в контрольном сосуде о

g» г о где Чг - объем контрольного сосуда после сжатия, Отношение массы воздуха m1в сосуде с пробой к массе воздуха ш в контрольном сосуде о

mi V1- V

Шг О

V - U

m = ш

1 о г (4) гд е р» — мол яр ная масса воздуха .

Давление воздуха в контрольном сосуде

Затем производят расширение сосудов до значения объемов V и V u г осуществляют их нагрев до температуры сушки пробы.

Вследствие нагрева давления Р и

P в сосудах повьппаются.

Давление Р„ в сосуде с пробой согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений ненасьпцающих паров влаги Р, и воздуха Р„, т.е.

Р„=Р„+Р (5)

Давления P и P согласно урав1 нению Менделеева-Клапейрона выражаются следующим образом: у m RT (6)

» р > m RT

V — V"" (7)

1 1

1413480

m RT — г

Р

Устройство содержит дна герметичных сосуда 1 и 2, выполненных в виде сильфонон, один из которьм встроен коаксиально вовнутрь другого, и имеюших общие основание и крышку, нагревательный элемент 3, терморегулятор 4, термоизолирующий кожух 5, дна преобразователя 6 и 7 давления в электрический сигнал, запорный электромагHHTHbIA клапан 8, преобразователь 9 линейного размера сильфона в электрический сигнал, преобразователь 10 температуры н электрический сигнал, блок 11 вычисления влажности, блок 12 управления, первый 13 и нторой 14 коммутирующие элементы и регистрирующий блок 15.

При этом преобразователи 6 и 7 давлений установлены, например, н крышке сильфонон, заподлицо к поверхности, обращенной внутрь сильфонон.

В качестве преобразователя 9 линейных размеров можно использовать преобразователь любого типа — оптического, емкостного или механического. На чертеже показан преобразователь 9 линейных размеров механического типа.

Электромагнитный клапан 8 соединен с сосудами 1 и 2. Нагревательный элемент 3 установлен внутри термоизолирующего кожуха 5,и его первый вход соединен с третьим выходом блока 12 управления, а второй вход соединен с выходом терморегулятора 4, вход которого соединен с выходом преобразователя 10 температуры в электрический сигнал, который также соединен с седьмым входом блока 11 вычисления влажности. Первый вход блока 11 вычисления влажности соединен с пятым выходом блока 12 управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго коммутирующих элемен тов 13 и 14. Второй вход коммутирующего элемента 13 соединен с выходом преобразователя 9 линейного размера сильфона в электрический сигнал, а первый и второй выходы коммутирующего элемента 13 соединены соответственно с вторым и пятым входами блока 11 вычисления влажности.

Второй вход второго коммутирующего элемента 14 соединен с выходом преобразователя 7 давления в электри.ческий сигнал, а первый и второй вью. ходы коммутирующего элемента 14 соединЕны соответственно с третьим и (8) Давление Р, в сосуде с пробой с учетом формул: (4)-(8) выражается 5 уравнением

P =, — RT + РгVг ° (9) Измерив давления Р, и Р (например, с помощью манометров, соединенных с сосудами) и объемы сосудов после их расширения V и Ч сОсуды сО

1 общаются между собой. При этом объем, занимаемый парами воды и воздуха, увеличивается и становится равным

V, + Ч - U, масса пара остается неизменной и равна m а масса воздуха равна сумме m,+ тпг. Следовательно, при этом парциальное давление паров влаги Р, аналогично формуле (6) определяется выражением

m RT з г (10) и 1 ш

Рз 3 Ps V i я г

35 (12) Решая уравнения (2), (3), (9) и (12) относительно W, получим формулу для определения влажности пробы

100 Ф

W = кт

-Р+Р

V г Vo г (13) При выполнении соотношения V = о

Ч = Vg что Достигается изготов» пением сосудов с равными объемами, формула (13) упрощается и принимает следующий вид .

100> ( кт

Ч 1

-P+Р— гЧ )

55 (14) парциальное давление воздуха — (11) з „, Ч+Ч Ч(г д" 1 г а общее давление Рз в сосУдах выРажа. 30 ется формулой, получаемой из формул (4), (8), (10) и (11):

5 14134 шестым входами блока 11 вычисления влажности. Выход преобразователя 6 давления в электрический сигнал соединен с четвертым входом блока 11

5 вычисления влажности. Четвертьп вьгход блока 12 управления соединен с электромагнитной катушкой (не показана) клапана 8. Выход блока 11 вычисления влажности соединен с входом регистрирующего блока 15.

Сосуды 1 и 2 выполнены в виде сильфонов, установленных коаксиально один вовнутрь другого закреплены на общем основании и имеют общую крышку. Для определения их объемов достаточно измерить высоту Н сильфонов и умножить ее значение на площадь основания сильфонов.

Для упрощения процесса определения 20 объемов сосудов. оба сосуда 1 и 2 изготовлены таким образом, что площади их оснований S u S равны, т.е.

S =. S, . При этом объемы сосудов V и

V2 также равны (V1= V> ) и для их оп 25 ределения достаточно измерить высоту сосудов Н, например, с помощью преобразователя 9 линейных размеров сильфонов.

Устройство работает следующим образом.

В сосуд 1 помещают пробу исследу- .. емого материала и осуществляют откачку воздуха из обоих сосудов путем их сжатия до минимально возможного объ35 ема с помощью устройства для сжатия (не показано). При этом в процессе сжатия сосуды 1 и 2 разгерметизированы (открыта или неплотно закрыта крышка, сосуды сообщены с атмосферой 40 с помощью вентиля и т.д.).

После сжатия сосудов 1 и 2 осуществляют их герметизацию, например, с помощью общей крьппки и измеряют начальный объем контрольного сосуда

V . Для этого коммутирующий элемент

13 устанавливается на время измерения

V в положение, соответствующее подключению его второго входа к первому выходу, и сигнал, пропорциональный объему V сильфона,,с выхода преобразователя 9 поступает на второй выход блока 11 вычисления влажности. При этом установка коммутирующего элемента осуществляется, например, сигналом 5,.

55 с выхода блока 12 управления.

Затем осуществляют расширение и нагрев сосудов 1 и 2. Для этого отключают устройство для сжатия сосудов

8О б (не показано) и включают нагревательный элемент 3, например, сигналом с выхода блока 12 управления.

Отключение устройства для сжатия сопровождается эффектом саморасширения сильфонных сосудов, обусловленным их упругой силой. В результате сильфоны расширяются до наступления равновесия сил — силы упругости сильфона, стремящейся расширить сосуды, и силы атмосферного давления, стремящейся их сжать.

Нагрев осуществляют с точностью

+2 С до температуры, равной температуре сушки пробы. Мощностью нагрева управляет терморегулятор 4. Нагрев продолжается 3-5 мин, необходимых до полного испарения влаги из образца.

В течение этого времени давление в сосуде 1 сначала увеличивается, что также приводит к расширению сосудов, а затем устанавливается постоянным, равным Р„, что свидетельствует о полном испарении влаги.

Давление в контрольном сосуде 2 в начале нагрева также повьппается.

При установлении в сосуде 2 постоянной температуры, равной температуре сушки пробы, давление стабилизируется и становится равным Р

Затем фиксируют положение сильфонов и измеряют давление в первом сосуде Р, и давление во втором сосуде

Р,. Измерение давления в сосудах 1 и 2 осуществляют с помощью двух преобразователей 6 и 7 давлений, с выхода которых сигналы, пропорциональные, соответственно давлениям в сосудах

1 и 2, поступают на третий и четвертый входы блока 11 определения влажности. При этом сигнал с преобразователя 7 поступает на вход блока 11 вычисления влажности через первый выход второго коммутирующего элемента 14, установленного в данное положение на время измерения сигналом с блока 12 управления. Затем сосуды 1 и 2 сообщают между собой. Для этого сигналом с блока 12 управления открывают электромагнитный клапан 8. В результате давление в сосудах изменяется до значения P . Измеряют величину давления з

Р и объем V контрольного сосуда при з температуре нагрева. Для этого оба коммутирующих элемента 13 и 14 устанавливаются на время измерения в положение, соответствующее соединению их вторых выходов с вторыми входами.

Измерение давления Р пр,оизводят с помощью второго преобразователя 7 давления, сигнал с выхода которого через второй коммутирующий элемент поступает на шестой вход блока 11 определения влажности.

Измерение объема V контрольного сосуда при температуре нагрева производят с помощью преобразователя 9 линейных размеров в электрический сиг нал, причем сигнал с выхода преобразователя 9, пропорциональный объему сосуда, через первый коммутирующий элемент 13 поступает на пятый вход блока 11 определения влажности. Значение температуры нагрева вводится в блок 11 определения влажности с выхода преобразователя 10 температуры, установленного в одном из сосудов 1 или 2.

По измеренным значениям начальных объемов сосудов 1 и 2 (V, V, = V ), давлений Р и Р2 в каждом из сосудов, давления Р в обоих сосудах после их сообщения, объема Ч контрольного сосуда при температуре нагрева, равной температуре сушки, значению абсолютной температуры нагрева Т, и по известным значениям молярной массы воды р, плотности у пробы, R — универсальной газовой постоянной, в блоке

11 вычисляется влажность W исследуемого материала согласно формуле (14) 13480 8

Формула изобретения

Способ определения влажности Материалов, включающий помещение пробы в сильфонный сосуд, откачку воздуха из сосуда с пробой и контрольного сосуда путем сжатия сосудов, rерметизацню сосудов, расширение сосудов, их нагрев до температуры сушки пробы и

1р последующие измерения давлений P u

P в обоих сосудах, выполненных равными по объему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса определения влаж15 ности, перед расширением сосудов измеряют объем воздуха V в контрольном сосуде, после расширения и нагрева сосудов фиксируют их положение, повторно измеряют объем воздуха V в

2д контрольном сосуде при температуре нагрева, затем сосуды сообщают между собой и измеряют давление P в сосуS дах, а расчет влажности производят по формуле

1ООв t(Р,— Р ) {Р,— Р ) у Т (P,-Р.„1 P»-P, v1

Р + P,—о,у где р — молярная масса воды, 30 (кг/моль) f р — плотность пробы, (кг/H)

R — универсальная газовая постоянная, (Дж/ккал)

Т - абсолютная температура нагрева, (К). о 35

BHHHIIH Заказ 3774/44 Тираж 847 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная,