Способ определения коэффициента диффузии в листовых капиллярно-пористых материалах

Авторы патента:

G01N15/082 - Исследование свойств частиц; определение проницаемости, пористости или площади поверхности пористых материалов (идентификация микроорганизмов C12Q)

G01N15/08 - определение проницаемости, пористости или поверхностной площади пористых материалов

G01N13/00 - Исследование поверхностных или граничных свойств, например смачивающей способности; исследование диффузионных эффектов; анализ материалов путем определения их поверхностных, граничных и диффузионных эффектов; исследование или анализ поверхностных структур в атомном диапазоне

Владельцы патента RU 2756665:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой и строительной промышленности. Способ определения коэффициента диффузии в листовых капиллярно-пористых материалах заключается в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя, затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия дозой растворителя, затем измеряют изменение во времени сигнала гальванического преобразователя на заданном расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют момент времени достижения заданного значения сигнала гальванического датчика и рассчитывают коэффициент диффузии, при этом измеряют изменение во времени сигнала дополнительного гальванического датчика на другом расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют моменты времени τ₁ и τ₂, при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E₁ и второго датчика E₂ из диапазона (0,7 – 0,9) E_e на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле: , где r₁ и r₂ – расстояние между электродами соответственно первого и второго гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия; E_e - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния. Техническим результатом является повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Известен способ определения коэффициента массопроводности и потенциалопроводности массопереноса (А.С. 174005, кл. G 01 k N 421, 9₅₁, 1965), заключающийся в импульсном увлажнении слоя материала и измерении на заданном расстоянии от этого слоя изменения влагосодержания материала во времени. Коэффициент массопроводности вычисляется по установленной зависимости. Недостатком этого способа являются осуществление разрушающего контроля опытного образца при размещении датчиков во внутренних слоях исследуемого тела, большая трудоемкость метода при подготовке образцов, необходимость индивидуальной градуировки датчиков по каждому материалу.

Наиболее близким является способ измерения коэффициента диффузии влаги в капиллярно-пористых листовых материалах (патент РФ на изобретение № 2436066, G 01 N 13/00, 10.12.2011, Бюл. № 34), заключающийся в том, что исследуемый листовой материал помещают на плоскую подложку из влагонепроницаемого материала, размещенный на подложке исследуемый образец накрывают пластиной из влагонепроницаемого материала, в центре которой высверлено сквозное отверстие для подачи влаги, а на определенном расстоянии от центра этого отверстия размещают электроды гальванического датчика влагосодержания с известной градуировочной характеристикой и непосредственно перед моментом импульсного точечного увлажнения исследуемого образца регистрируют начальное значение сигнала датчика Е₀, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение поверхности исследуемого материала, затем с постоянным шагом во времени регистрируют значения сигнала гальванического датчика влагосодержания, после завершения эксперимента на каждом временном шаге вычисляют соотношение равное отношению разности между текущим значением сигнала гальванического датчика влагосодержания Е и начальным значением сигнала Е₀ к разности между максимальным значением сигнала E_max, достигаемым в опыте, и начальным значением сигнала Е₀, фиксируют два момента времени и , соответствующие двум разным значениям этого отношения и рассчитывают искомый коэффициент диффузии.

Недостатками этого способа являются:

1. Невысокая точность измерения коэффициента диффузии, поскольку все результаты исследования погрешностей и расчетные формулы для определения искомого коэффициента диффузии получены в предположении о линейности статической характеристики гальванического преобразователя, которая на самом деле является существенно не линейной. При измерении коэффициента диффузии по данному способу существует большая вероятность того, что получаемые в эксперименте кривые изменения сигнала гальванического преобразователя во времени крайне затруднительно использовать для определения искомого коэффициента диффузии. Так при постановке эксперимента изначально неизвестна доза диффузанта, которая должна быть внесена в исследуемый материал в виде точечного импульса, чтобы процесс изменения концентрации диффузанта на заданном расстоянии от места нанесения импульса происходил в рабочем диапазоне статической характеристики применяемого гальванического преобразователя. На фигуре 1 представлены сглаженные кривые изменения электродвижущей силы (ЭДС) гальванического преобразователя при диффузии этанола в целлюлозном фильтре толщиной 0,2 мм, плотностью в сухом состоянии 400 кг/м. куб. на расстоянии 3 и 4 мм (кривые 1 и 2 соответственно). ЭДС преобразователя представлена в относительных единицах к максимально возможной ЭДС преобразователя E_e при температуре контроля. При этом на начальных этапах развития процесса при интенсивном росте концентрации наблюдается настолько высокий разброс экспериментальный данных, что не представляется возможным достаточно надежное фиксирование моментов времени на обеих кривых. А значения ЭДС, соответствующие максимальным значениям концентрации на выбранных расстояниях от точки нанесения импульса дозой растворителя, находятся либо за пределами чувствительности гальванического преобразователя (кривая 1) или в области крайне низкой чувствительности на существенно нелинейном участке статической характеристики вблизи плато насыщения (кривая 2).

2. Значительные затраты времени на определение искомого коэффициента, связанные с необходимостью проводить градуировку применяемого гальванического преобразователя по каждому новому капиллярно-пористому материалу и растворителю (десятки часов).

Техническая задача изобретения - повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов измеряют изменение во времени сигнала дополнительного гальванического датчика на другом расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют моменты времени τ₁ и τ₂, при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E₁ и второго датчика E₂ из диапазона (0,7 – 0,9) E_e на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле:

где r₁ и r₂ – расстояние между электродами соответственно первого и второго гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия; E_e - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: исследуемый образец из листового капиллярно-пористого материала с равномерным начальным распределением растворителя (в том числе и нулевым) помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, например фторопласта.

К поверхности образца прижимается зонд с импульсным точечным источником дозы растворителя и расположенными на двух концентрических окружностях разного диаметра относительно точки импульсного воздействия на изделие электродами двух гальванических преобразователей. После подачи импульса источник растворителя удаляется из зонда, отверстие для размещения источника растворителя герметизируется заглушкой, а сам зонд обеспечивает гидроизоляцию поверхности образца в зоне действия источника и прилегающей к ней области контроля распространения растворителя. После подачи импульса фиксируют изменение ЭДС гальванических преобразователей во времени.

После подачи импульса в виде дозы растворителя изменение концентрации U растворителя на расстоянии r₀ от источника описывается уравнением:

, (1)

где - концентрация растворителя на окружности радиусом r₀ относительно точки импульсного подвода дозы растворителя к образцу в момент времени τ; D - коэффициент диффузии растворителя; – плотность абсолютно сухого исследуемого материала; Q – количество жидкой фазы, подведенной из дозатора к плоской поверхности изделия исследуемого материала.

При толщине листового материала h < 10 r₀коэффициент диффузии растворителя D связан с моментом времени τ_max0 следующим соотношением

, (2)

где τ_max0 – момент времени, соответствующий максимуму на кривой U(r₀, τ) изменения концентрации растворителя на расстоянии r₀от точечного источника.

При реализации предлагаемого способа измерению подлежат только изменения во времени ЭДС гальванических преобразователей на расстоянии r₁ и r₂ от источника без использования предварительной процедуры градуировки преобразователя. Расчетная зависимость для определения искомого коэффициента диффузии получена на основании следующих исследований. После импульсного воздействия дозой растворителя на заданном расстоянии r₀от точечного источника наблюдается изменение концентрации в виде характерных кривых, имеющих восходящую ветвь от начала импульсного воздействия до момента τ_max и нисходящую ветвь, наблюдаемую после наступления момента τ_max. При этом одинаковые значения концентрации U^*, достигаемые в моменты времени τ₁ и τ₂ на нисходящих ветвях кривых изменения концентрации во времени на расстояниях соответственно r₁ и r₂ могут быть определены из выражения (1) с учетом (2):

(3)

(4)

Деление (3) на (4) приводит к следующему выражению:

. (5)

Из (5), с учетом выражения (2) для каждого из r₁ и r₂, получено расчетное выражение для определения искомого коэффициента диффузии:

(6)

Для определения искомого коэффициента диффузии в предлагаемом способе измерению в моменты времени τ₁ и τ₂ подлежит не значения концентрации и , а связанные с ними одинаковые значения ЭДС применяемого гальванического преобразователя в отсутствие предварительно найденной в результате градуировки статической характеристики. Для повышения точности необходимо, чтобы в данные моменты времени τ₁ и τ₂ измеряемое значение ЭДС находилось на среднем (рациональном) участке статической характеристики, характеризующегося стабильным сигналом преобразователя и высокой чувствительностью к изменению концентрации. Исследования показывают, что рациональный участок статической характеристики соответствует изменению ЭДС преобразователя в диапазоне:

(0,7 – 0,9) E_e, (7)

где E_e – сигнал преобразователя, соответствующий переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния (максимальный сигнал на плато насыщения статической характеристики). При значениях ЭДС преобразователя свыше 0,9 E_e существенно возрастает разброс экспериментальных значений из-за существенной нелинейности статической характеристики и потери чувствительности преобразователя к изменению концентрации растворителя вблизи зоны насыщения из-за существенного ослабления связи молекул растворителя с твердой фазой контролируемого капиллярно-пористого материала. При значениях ЭДС преобразователя ниже 0,7 E_e существенно возрастает разброс экспериментальных значений за счет нестабильности сигнала преобразователя, вызванного возрастанием электрического сопротивления контролируемого капиллярно-пористого материала в области низких значений концентрации растворителя.

Пример. Были проведены исследования коэффициента диффузии этанола в целлюлозном фильтре толщиной 0,2 мм, плотностью в сухом состоянии 400 кг/м. куб. Расстояние от источника дозы растворителя до расположения электродов гальванических преобразователей: r₁ = 3 мм и r₂ = 4 мм. Вносимая доза этанола составляла приблизительно 1,2×10^-6 кг. Расчетное значение ЭДС, соответствующее моментам времени τ₁ и τ₂, выбиралось приблизительно равным 0,875 E_e (фигура 1). В результате получены следующие значения: τ₁= 3762 с и τ₂= 3429 с. Рассчитанное по (7) значение коэффициента диффузии равно 6,13 ×10^-9 ≈ 6,1 ×10^-9 м²/с.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что случайная погрешность результата определения коэффициента диффузии этанола в целлюлозном фильтре при доверительной вероятности составляет ≈ 6 %. Длительность эксперимента не превышает 75 минут.

Способ определения коэффициента диффузии в листовых капиллярно-пористых материалах, заключающийся в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя, затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия дозой растворителя, затем измеряют изменение во времени сигнала гальванического преобразователя на заданном расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют момент времени достижения заданного значения сигнала гальванического датчика и рассчитывают коэффициент диффузии, отличающийся тем, что измеряют изменение во времени сигнала дополнительного гальванического датчика на другом расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют моменты времени и , при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E₁ и второго датчика E₂ из диапазона (0,7 – 0,9) E_e на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле

Изобретение относится к аппаратуре для измерения распределения размеров частиц и способу измерения распределения размеров частиц исходного материала для доменной печи или другого аналогичного устройства. Аппаратура для измерения распределения размеров частиц исходного материала, содержащего крупные частицы и липкий порошок, налипший на крупные частицы, содержит устройство для измерения крупных частиц, выполненное с возможностью получения информации, указывающей распределение размеров крупных частиц; устройство для измерения липкого порошка, выполненное с возможностью получения информации, указывающей распределение размеров частиц липкого порошка; и вычислительное устройство, выполненное с возможностью вычисления распределения размеров частиц исходного материала, при этом вычислительное устройство содержит модуль вычисления распределения размеров крупных частиц, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров крупных частиц на основе информации, указывающей распределение размеров крупных частиц, полученной указанным устройством для измерения крупных частиц, модуль вычисления распределения размеров частиц липкого порошка, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров частиц липкого порошка на основе информации, указывающей распределение размеров частиц липкого порошка, полученной указанным устройством для измерения липкого порошка, и модуль вычисления распределения размеров частиц исходного материала, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров частиц исходного материала на основе распределения размеров крупных частиц, вычисленного модулем вычисления распределения размеров крупных частиц, и на основе распределения размеров частиц липкого порошка, вычисленного модулем вычисления распределения размеров частиц липкого порошка.

Способ определения коэффициента извлечения нефти в режиме истощения в низкопроницаемых образцах горных пород // 2747948

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при подсчете извлекаемых запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений. Способ включает создание в образце остаточной водонасыщенности: исследуемый образец помещают в рентгенопрозрачный кернодержатель фильтрационной установки, образец сканируют рентгеновским излучением (сигнал детектора Iво), затем поровое пространство образца заполняют рекомбинированной нефтью (моделью пластовой нефти), проводят сканирование образца рентгеновским излучением (сигнал с детектора рентгеновского излучения Iнн).

Набор и способ скрининга // 2739327

Заявка относится к способу широкомасштабного высокоинформативного анализа биологических образцов, осуществленному в системе открытых микролунок с возможностью переворачивания, которая содержит упорядоченную последовательность открытых микролунок, по меньшей мере один микроканал, по меньшей мере один впускной порт для реагентов и/или для одного или более биологических образцов и по меньшей мере один выпускной порт для них же, впускные и выпускные порты сообщаются по микропотоку текучей среды с одним или более микроканалами, микроканал обладает площадью в сечении, размеры которой составляют несколько микрометров, и обеспечивает текучую среду в микролунки, причем система открытых микролунок с возможностью переворачивания введена в автоматическую систему управления.

Механический пробоотборник с конструкцией многоканального распределения потока // 2735362

Изобретение относится к технологии сбора твердых частиц. Механический пробоотборник с конструкцией многоканального распределения потока, включающий рассекатель для рассеяния потока, который соединен с впускным отверстием пробоотборника, многоканальные коллекторные трубки соединены с нижней частью рассекателя для распределения потока, причем коллекторные трубки снабжены рассекателем, мембранный компонент, регулятор потока и пробоотборный насос, отличающийся тем, что рассекатель для распределения потока включает корпус, ударную трубку, ударную пластину и распределительную трубку, причем ударная пластина установлена внутри корпуса, ударная трубка установлена на верхней части корпуса, распределительные трубки установлены в нижней части корпуса, и ударная трубка и распределительные трубки заходят внутрь корпуса, и рассекатель включает комбинации перекрывающихся датчиков PM10, PM5, PM2.5 и PM1.0.

Способ оценки состояния поверхности частиц по их плоскостному изображению // 2733922

Изобретение относится к области стереологического анализа и касается способа оценки состояния поверхности частиц по их плоскостному изображению. Способ включает в себя освещение частиц и регистрацию их изображений.

Способ прогнозирования персистирующих свойств staphylococcus aureus, циркулирующих в окружающей среде стационара // 2733747

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской микробиологии, к способу прогнозирования персистирующих свойств Staphylococcus aureus, циркулирующих в окружающей среде стационара. Способ прогнозирования персистирующих свойств Staphylococcus aureus, циркулирующих в окружающей среде стационара, включает определение уровня обсемененности Staphylococcus aureus, при этом в окружающей среде стационара только по показателям обсемененности рассчитывают индекс персистенции микроорганизмов: при обсемененности ≤104 КОЕ определяется низкий уровень персистирующих свойств Staphylococcus aureus - индекс персистенции составил ≤4 балла, тогда как при обсемененности ≥105 КОЕ определяется высокий уровень персистирующих свойств Staphylococcus aureus - индекс персистенции составил ≥5 баллов.

Способ определения трещинной пористости пород // 2732035

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к сейсмическим способами определения областей пласта с различной проницаемостью. Заявленный способ определения трещинной пористости пород включает формирование набора образцов исследуемой породы, экспериментальное определение общей трещинную пористости каждого из упомянутых образцов в атмосферных условиях, также экспериментальное определение скорости распространения сейсмических волн и общую трещинную пористость в образцах исследуемой породы в условиях, моделирующих пластовые условия, измерение скорости распространения сейсмической волны в исследуемой породе и выполнение расчета с использованием полученных данных.

Автоматизированная система исследования полимерных и композиционных материалов // 2731272

Настоящее изобретение относится к автоматизированной системе исследования полимерных и композитных материалов, включающей термокамеру, систему программного управления температурой в термокамере, систему сбора, обработки и представления информации, систему программного управления, реализующую автоматизированное выполнение программ исследования, отличающейся тем, что дополнительно введены система определения геометрических параметров образца, система подачи ВЧ-сигнала в термокамеру, система исполнительных механизмов (например, шагового двигателя) с обратной связью, система бесперебойного энергообеспечения заданного уровня силового и опорного напряжения, система фильтрации сигналов с датчиков на аппаратном и программном уровне, причем термокамера конструктивно выполнена так, что в нее встроен рабочий конденсатор, где размещается испытуемый образец.

Способ определения размеров частиц размолотого продукта // 2731038

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа определения размеров частиц размолотого продукта. Способ заключается в том, что формируют горизонтальную поверхность образца, облучают поверхность образца светодиодным излучением, принимают оптический сигнал приемником излучения, усиливают сигнал и обрабатывают его для получения значения размеров частиц.

Способ определения водонепроницаемости бетона и устройство для его осуществления // 2728727

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к оценке водонепроницаемости бетонов. Способ определения водонепроницаемости бетона включает подачу в бетон воды под давлением и оценку скорости фильтрации воды, при этом воду подают к стенкам предварительно выбуренного шпура в испытуемом бетоне.

Способ определения проницаемости вирусными частицами ткани и нетканых материалов // 2753610

Изобретение относится к медицине и прикладной микробиологии, а именно к способу определения проницаемости вирусными частицами вакцинного штамма вируса полиомиелита Sabin 1 ткани и нетканых материалов. Способ определения проницаемости вирусными частицами вакцинного штамма вируса полиомиелита Sabin 1 ткани и нетканых материалов, в котором первоначально осуществляют визуальный осмотр и выбраковку исследуемых образцов с механическими повреждениями, влияющими на проницаемость, отобранные пробы исследуемых образцов нарезают на лоскуты в форме круга диаметром 47 мм из расчета по 3 лоскута на исследование с каждого образца ткани, которые подвергают стерилизации в стеклянных чашках Петри в паровом стерилизаторе в течение 20 мин при температуре 120±1,0°С и давлении 1 Па, полученные стерильные лоскуты последовательно размещают в приборе для напорного фильтрования с емкостью для жидкости и диаметром фритт 47 мм в качестве фильтрующего элемента, через который под давлением 1-6 атмосфер пропускают 10 мл разведенной в физиологическом растворе суспензии вакцинного штамма вируса полиомиелита Sabin 1, в концентрации 105 вирусных частиц/мл, обрабатывают полученный элюат с использованием хлороформа или стерилизующих фильтрующих насадок, затем обработанный элюат исследуют на количество профильтрованных вирусных частиц, вычисляют проницаемость ткани и нетканых материалов вирусными частицами вируса полиомиелита как произведение отношения среднего арифметического количества вирусных частиц, обнаруженных в элюатах с трех лоскутов отобранной пробы, к количеству вирусных частиц, обнаруженных в разведенной вирусной суспензии, использованной в исследовании, на 100.