Устройство для измерения капиллярного давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет измерить отрицательное капиллярное давление в пористых телах. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измерительный элемент состоит из двух плоских пластин образующих капилляр, и колпачка, выполненного в виде П-образной крышки с двумя параллельными стенками и перемычкой Капилляр частично заполнен рабочей жидкостью 8, а его свободный конец выведен в сквозИзобретение относится к приборостроению и позволяет измерять отрицательное капиллярное давление в капиллярно-пористых телах, в частности в почвах грунтах, торфах, строительных материалах и может быть использовано для измерения температуры и давления в газообразных жидких и вязко-пластичных средах Цель изобретения - повышение точности измерения На фиг 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид сверху на фиг 2 ную полость П-образная крышка установлена с возможностью поворота на 180° По длине капилляра установлены электроконтакты а в его тупиковой части - контакты нуль-индикатора который соединен с интегратором 15 На одной из параллельных стоек крышки выполнена мембрана При измерении избыточного давления крышка установлена так, что мембрана размещается над полостью а входное отверстие герметично закрыто перемычкой крышки В случае измерения капиллярного давления поворотом крышки над полостью размещают жесткую стенку крышки, при этом пористая пробка расположена соосно с отверстием Под действием отрицательного давления мениск жидкости перемещается что регистрируется нуль-индикатором, который подает сигнал на блок управления, который в свою очередь, включает блок питания Напряжение с блока питания поступает на контакты Возникающее электроосмотическое давление в. капилляре возвращает столб жидкости в исходное положение 3 п ф-лы 7 ил то же, вид сбоку, на фиг 3 - то же, вид с торца, на фиг 4 - разрез А-А на фиг 3 и схема подключения устройства к вторичной измерительной аппаратуре, на фиг 5 - схема размещения съемной крышки при измерениях давления, на фиг 6 - то же, при измерениях капиллярного давления на фиг 7 - схема размещения электроконтактов в капилляре Устройство включает в себя измерительный элемент 1 (фиг 1) содержащий две плоские пластины из электроизоляционноСП С о со с ел XI о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4622131/10 (22) 25.10.88 (46) 30.03,91. Бюл, N. 12 (71) Тверской политехнический институт (72) И. Б. Товбин, Д. М. Стотланд, В, Г. Фадин и М. Б. Брук (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 832366, кл. G 01 L 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N.. 1530950, кл. G 01 1 7/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет измерить отрицательное капиллярное давление в пористых телах. Цель изобретения — повышение точности измерения. Измерительный элемент состоит из двух плоских пластин образующих капилляр, и колпачка, выполненного в виде П-образной крышки с двумя параллельными стенками и перемычкой. Капилляр частично заполнен рабочей жидкостью

8, а его свободный конец выведен в сквозИзобретение относится к приборостроению и позволяет измерять отрицательное капиллярное давление в капиплярно-пористых телах, в частности в почвах, грунтах, торфах, строительных материалах, и может быть использовано для измерения температуры и давления в газообразных, жидких и вязко-пластичных средах, Цель изобретения — повышение точности измерения, На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид, сверху; на фиг. 2—., . Ж 1638576 А1 ную полость. П-образная крышка установлена с возможностью поворота на 1800. По длине капилляра установлены электроконтакты, а в его тупиковой части — контакты нуль-индикатора, который соединен с интегратором 15. На одной из параллельных стоек крышки выполнена мембрана, При измерении избыточного давления крышка установлена так, что мембрана размещается над полостью, а входное отверстие герметично закрыто перемычкой крышки. В случае измерения капиллярного давления поворотом крышки над полостью размещают жесткую стенку крышки, при этом пористая пробка расположена соосно с отверстием, Под действием отрицательного давления мениск жидкости перемещается, что регистрируется нуль-индикатором, который подает сигнал на блок управления, который, в свою очередь, включает блок питания. Напряжение с блока питания поступает на контакты. Возникающее электроосмотическое давление в. капилляре возвращает столб жидкости в исходное положение. 3 и. ф-лы, 7 ил. то же, вид сбоку; на фиг. 3 — то же, вид с торца; на фиг, 4 — разрез А-А на фиг. 3 и схема. подключения устройства к вторичной измерительной an паратуре; на фиг. 5 — схема размещения съемной крышки при измерениях давления;. на фиг. 6 — то же, при измерениях капиллярного давления, на фиг.

7 — схема размещения эпектроконтактов в капилпя ре.

Устройство включает в себя измерительный элемент 1 (фиг. 1), содержащий две плоские пластины из электроизоляционно1F)38576

ro материала — верхнюю 2 и нижнюю 3, колпачок, выполненный в виде П-образной крышки 4 с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой (фиг. 2). Пластины 2 и 3 соединены друг с другом винтами

5, а крышка может быть прикреплена к пластинам винтами 6 (фиг. 3). В пластине 3 выполнен паз, изогнутый, например, в виде меандра и образующий в плоскости контакта пластин 2 и 3 плоский щелевой тупиковый капилляр 7 (фиг. 3 и 4). заполненный рабочей жидкостью 8. Открытый конец капилляра 7 выведен в сквозную полость 9 в

10 на с возможностью поворота на 180 . На перемычке П-образной крышки размещена пористая пробка 11, установленная в сквозном отверстии крышки, 8 капилляре 7 имеется ряд последовательно расположенных вдоль продольной оси электроконтактов

12 в заполненной жидкостью части калилпара 7, а на границе жидкость 8 — воздух в тупиковой части капилляра 7 расположены контакты нуль-индикатора 13. Электро20

25 контакты 12 соединены между собой полосками из термочувствительного материала, например никеля, и через специальные выводы подключены к измерителю 14 их омического сопротивления. Нуль-инди30 катор 13 электрически соединен с блоком 15 управления, выполненным в виде интегратора, который соединен электрической цепью с блоком 16 питания (источником постоянного напряжения), Блок 16 питания электрической цепью соединен с электроконтактами 12, а к выходным контактам блока питания подключен вольтметр 17, Измерительный элемент 1 размещен в исследуемом материале 18, При этом на одной из параллельных стенок П-образной крышки в области сквозной полости 9 пластины установлена мембрана 19. Замкнутое про35

40 странство в полости 9, закрытое мембраной

19, заполняется рабочей жидкостью при подготовке устройства к работе, Устройство работает следующим образом.

Тщательно отмытые пластины 2 и 3 стягивают винтами 5, и торцом, где располо50 жен открытый конец капилляра, погружают в рабочую жидкость 8 (дистилированную воду). Жидкость 8 под действием капиллярных

55 сил заполняет капилляр до тех пор, пока не установится равновесие между капиллярными силами, действующими на жидкость 8 с одной стороны. и давлением сжатого воздуха в тупиковой части капилляра 7 с другой. Затем непосредственно в жидкости 8 пластине 3 (фиг. 5 и 6). Полость 9 сообщена с торцом пластины 3 сквозным отверстием 15

10 (фиг. 4). П-образная крышка 4 установле- на устройство 1 надевают крышку 4 таким образом, чтобы полость 9 пластины 3 была полностью заполнена жидкостью 8, Крышку закрепляют так, чтобы сквозная полость 9 и мембрана 19 совпали (фиг. 5), а входное отверстие 10 было герметично закрыто крышкой 4. Собранное таким образом устройство 1 подготовлено к измерению давления и температуры. В случае необходимости измерения капиллярного давления и температуры крышку 4 погружают в жидкость 8, и под вакуумом пропитывают пробку 11, после чего крышку 8 поворачивают на 180 и устанавливают (фиг. 6) таким образом. чтобы полость 9 была защищена жесткой стенкой (без мембраны) крышки 4, а пробка 11 была соосно расположена с отверстием 10.

Подготовленный таким образом измери- тельный элемент 1 размещают в исследуемом материале 18.

При измерениях капиллярного давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 6, возникающее в поровой жидкости отрицательноедавление, воздействуя на жидкость 8, пропитывающую пробку 11, передается на столбик жидкости 8 в капилляре 7. При этом нарушается равновесие между жидкостью 8 и сжатым воздухом в тупиковой части капилляра 7 (фиг. 4 и 7). и мениск жидкости 8 перемещается, что регистрируется -нуль-индикатором 13. Нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управления питанием, который включает блок 16 питания, Напряжение с входных клемм блока 16 питания поступает на контакты 12, и в капилляре 7 возникает электроосмотическое давление.

Действующие в капилляре 7 электроосмотические силы при последовательном расположении электродов 12 суммируются, причем величина и направление действующих электроосмотических сил зависят 0T полярности и величины прило>кенного к электроконтактам 12 напряжения. Электроосмотическое давление в капилляре 7, направленное в сторону, противоположную измеряемому отрицательному капиллярному давлению, растет до тех пор, пока столбик жидкости 8 в капилляре 7 не вернется в исходное положение, что и фиксируется нуль-индикатором 13. Таким образом. столбик жидкости 8 в капилляре 7 находится в динамическом равновесии, и при изменении его положения в капилляре 7 нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управления, который посредством задания необходимого напряжения на выходе блока

16 питания возвращает жидкость 8 в исходное положение. Учитывая равенство капиллярного и электроосмотического давления, 1638576 измерение капиллярного давления осуществляется по величине и полярности напряжения подаваемого на электроосмотические ячейки, образованные электроконтактами 12, и регистрируется с помощью 5 вольтметра 17. Измерение температуры в исследуемом материале осуществляют путем замера омического сопротивления проводников, соединяющих между собой контакты 12 с помощью измерителя 14 со- 10 противления, например, цифрового омметра). При измерении общего давления, когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 5. сквозное отверстие 10 герметично закрыто, а перемещение мени- 15 ска жидкости 8 в капилляре 7 происходит в результате прогиба мембраны 19 поддействием внешнего давления. Расчет величины измеряемого давления выполняется по формуле, связывающей величину электроосмо- 20 тического противодавления и напряжения на контактах 12

P=P„n= Хп, 20 Е (п л. Г2 где P — измеряемое давление;

Є— величина электроосмотического давления, создаваемого одной электроосмотической ячейкой из двух электродов;

n — число электродов;

0 — диэлектрическая проницаемость жидкости;

Š— разность потенциалов (напряжение), прикладываемая к контактам электроосмотических ячеек;

gn — электроосмотический потенциал; г — радиус капилляра (в рассматриваемом случае толщина капиллярной щели).

Предлагаемое устройство работает как в области положительных, так и в области отрицательных давлений.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения капиллярного давления, содержащее две контактирующие между собой пластины из электроизоляционного матерала и источник постоянного напряжения, при этом на контактирующей поверхности первой пластины выполнен паз в виде тупикового капилляра, частично заполненного рабочей жидкостью, по длине которого установлены электроконтакты, а в тупиковой его части— преобразователь перемещения рабочей жидкости в электрический сигнал, при этом открытый конец капилляра снабжен съемным колпачком, отлича ющеесятем, что, с целью повышения точности измерения, в нем преобразователь перемещения жидкости выполнен в виде нуль-индикатора, а электроконтакты соединены электрической цепью с введенным в устройство вольтметром и с источником постоянного напряжения, при этом нуль-индикатор соединен с введенным в устройство блоком управления, подключенным к источнику постоянного напряжения.

2. Устройство по п. 1, от л и ч а юще ес я тем, что, с целью расширения области применения, в нем в одной из пластин на свободном конце капилляра выполнена сквозная полость, заполненная рабочей жидкостью, а съемный колпачок выполнен в виде крышки с двумя параллельными стенками, соединенными перемычкой, при этом параллельные стенки размещены на плоскости пластин, а перемычка — на торце. причем на одной из параллельных стенок в области сквозной полости пластины установлена мембрана, а между сквозной полостью и торцом пластины и на перемычке выполнены сквозные отверстия, расположенные симметрично относительно продольной оси устройства, при этом сквозное отверстие перемычки снабжено пористой пробкой.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в нем электроконтакты соединены проводниками, выполненными из термочувствительного материала, которые через дополнительные выводы подключены к введенному в устройство измерителю омического сопротивления.

1638576

1638576

1638576 ()

f2 блокц упрадления лиаГаниеи 15

Сблака липтния Ю

Составитель Е.Швая

Редактор Т.Парфенова Техред M.Моргентал . Корректор А.Осауленко

Заказ 922 Тираж 358 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101