Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов
Владельцы патента RU 2784234:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к технике измерения объемов и определения плотностей пористых тел произвольной формы, различной влажности, а также фракционного состава и может использоваться во всех областях исследования или применения пористых объектов. Объем тела вычисляется по уравнению прямой , полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, а по оси ординат – соответствующий этой величине изменения объем тела
, причем прямая проходит по двум точкам с координатами [
; 0], при тарировке пустого сосуда, и [
;
] – соответствующая характеристикам эталонного тела, где
– искомый объем тела,
и
– коэффициенты уравнения прямой,
– величина изменения объема воздуха в сосуде для проб,
– величина изменения объема воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки,
– объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле
. В результате повышается точность и технологичность процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава. 2 ил.
Изобретение относится к технике измерения объемов и определения плотностей пористых тел произвольной формы, различной влажности, а также фракционного состава и может использоваться во всех областях исследования или применения пористых объектов.
Известен способ определения объема и плотности частиц грунта, включающий помещение пробы грунта в емкость для пробы, соединенную с измерительной емкостью и датчиком давления пневмопроводом с вентилем, закрывание вентиля между измерительной емкостью и емкостью с пробой, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительной емкости, открывание крана между измерительной емкостью и емкостью с пробой, уравновешивающего давление в емкостях, снятие показаний датчика давления, вычисление объема частиц по формуле 
где р1 - избыточное давление в емкости объемом V1, р2 - избыточное давление в системе объемом (V1+V2-V). А плотность частиц грунта находят по формуле 
(Патент №2397474 РФ, МПК G01N 9/26. Способ определения объема и плотности частиц грунта и устройство для его осуществления / Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Панин В.Н. №2009123698/28; Заявл.22.06.2009; Опубл. 20.08.2010; Бюл. №23).
Недостатком данного способа является возможность измерения показателей при функционировании пневмосистемы только в режиме избыточного давления.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения объема и определения плотности пористых материалов, предусматривающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который последовательно через вентили соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом и пневмонасосом, создающий изменение давления одновременно в двух сосудах, с последующим перекрытием вентилей и последовательным обратным перепуском воздуха открыванием вентилей сначала в измерительный сосуд до достижения в нем атмосферного давления с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, а затем в сосуд для проб также с измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, при этом объем тела вычисляется по уравнению прямой 
полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается отношение 
а по оси ординат - соответствующий этому отношению объем VT, причем прямая проходит по двум точкам с координатами [1; 0], при выполнении условия равенства объемов измерительного сосуда и сосуда для проб 
и 
- соответствующая характеристикам эталонного тела, где VT - искомый объем тела, k - коэффициент уравнения прямой, ΔV1 - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, ΔV2 - величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде, ΔV1э, ΔV2э - величины изменения объемов воздуха в сосудах в процессе тарировки, V3 - объем эталонного тела, а плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле 
(Патент №2757167 РФ, МПК G01F 17/00, G01N 9/26. Способ и устройство для измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен.Х., Гайнуллин Риш.Х., Цветкова Е.М., Цуркан А.А. №2021109374; Заявл. 06.04.2021; Опубл. 11.10.2021; Бюл. №29).
Недостатком данного способа является сложная процедура тарировки, обусловленная необходимостью определения объемов двух сосудов, а также использования балластного объема в случае неравенства их объемов.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и технологичности процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава, а также упрощение используемой для этого конструкции.
Технический результат достигается тем, что способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который через вентиль соединен с пневмонасосом, создающий изменение давления, с последующим перекрытием вентиля и последовательным перепуском воздуха открыванием вентиля с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, вычисление объема тела по уравнению прямой, полученной путем построения тарировочного графика, согласно изобретению, по оси абсцисс графика отсчитывается величина изменения объема воздуха ΔV в сосуде для проб, а прямая характеризуется уравнением 
причем прямая проходит по двум точкам с координатами [ΔVC; 0], при тарировке пустого сосуда, и [ΔVЭ; Vэ] - соответствующей характеристикам эталонного тела, где VT - искомый объем тела, b и k - коэффициенты уравнения прямой, ΔV - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, ΔVЭ - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, Vэ - объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определится по формуле 
Предлагаемый способ измерения объема и определения плотности пористых тел позволяют повысить точность и технологичность проведения процедуры, а также упростить используемую для этого конструкцию.
В патентной и научно-технической литературе подобных способа и устройства для измерения объема, и определения плотности пористых тел не обнаружено.
Вышеизложенные способ и устройство иллюстрируются графически, где на фиг. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ для измерения объема и определения плотности пористых тел, включающее пневмонасос 1 и расходомер 2, которые через вентили 3, 4 соединены с сосудом для проб 5, снабженный датчиком давления 6 и герметично закрывающийся крышкой 7; а на фиг. 2 - тарировочный график для определения объема исследуемого тела.
Согласно предложенному способу измерение объема и определение плотности пористых тел может осуществляться как в режиме разрежения, так и в режиме избыточного давления.
При работе пневматической системы в режиме разрежения измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом.
На первоначальном этапе осуществляют определение координат и построение первой точки тарировочного графика, соответствующей моменту, когда сосуд для проб пуст. Для этого при закрытом вентиле 4 и открытом вентиле 3 в герметично закрытом крышкой 7 сосуде для проб 5 с помощью пневмонасоса 1 создают фиксируемое датчиком давления 6 разрежение величиной Р1, и закрывают вентиль 3. Затем открывают вентиль 4, в результате чего происходит перепуск воздуха из атмосферы в сосуд для проб 5 и выравнивание давления с атмосферным. В это время расходомером 2 осуществляют измерение и фиксацию объема ΔVC воздуха, перемещающегося из атмосферы в сосуд для проб 5.
На следующем этапе осуществляют определение координат и построение второй точки тарировочного графика. Для этого в сосуд для проб 5 помещают эталонное тело известного объема VЭ и повторяют вышеописанную процедуру измерения величины ΔVЭ.
Полученные на предыдущих этапах точки соединяют прямой, которая для удобства может быть описана уравнением
где VT - объем исследуемого тела,
b, k - коэффициенты уравнения прямой,
ΔV - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб.
Таким образом, упрощается процедура тарировки и, соответственно, последующего измерения объема исследуемого образца.
Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значения ΔV, а затем рассчитывают объем тела по выражению (1).
В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:
При работе пневматической системы в режиме избыточного давления измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом.
На первоначальном этапе осуществляют определение координат и построение первой точки тарировочного графика, соответствующей моменту, когда сосуд для проб пуст. Для этого при закрытом вентиле 4 и открытом вентиле 3 в герметично закрытом крышкой 7 сосуде для проб 5 с помощью пневмонасоса 1 создают фиксируемое датчиком 6 избыточное давление величиной Р2, и закрывают вентиль 3. Затем открывают вентиль 4, в результате чего происходит перепуск воздуха из сосуда для проб 5 в атмосферу и выравнивание давления с атмосферным. В это время расходомером 2 осуществляют измерение и фиксацию объема ΔVC воздуха, перемещающегося из сосуда для проб 5 в атмосферу.
На следующем этапе осуществляют определение координат и построение второй точки тарировочного графика. Для этого в сосуд для проб 5 помещают эталонное тело известного объема Vэ и повторяют вышеописанную процедуру измерения величины ΔVЭ.
Полученные на предыдущих этапах точки соединяют прямой, которая для удобства может быть описана уравнением
где VT - объем исследуемого тела,
b, k - коэффициенты уравнения прямой,
ΔV - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб.
Таким образом, упрощается процедура тарировки и, соответственно, последующего измерения объема исследуемого образца.
Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значения ΔV, а затем рассчитывают объем тела по выражению (3).
В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:
Использование данного способа позволит повысить точность и технологичность процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.
Способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который через вентиль соединен с пневмонасосом, создающим изменение давления, с последующим перекрытием вентиля и последовательным перепуском воздуха открыванием вентиля с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, вычисление объема тела по уравнению прямой, полученной путем построения тарировочного графика, отличающийся тем, что по оси абсцисс графика отсчитывается величина изменения объема воздуха 
в сосуде для проб, а прямая характеризуется уравнением 
, причем прямая проходит по двум точкам с координатами [
; 0], при тарировке пустого сосуда, и [
; 
] – соответствующей характеристикам эталонного тела, где 
– искомый объем тела, 
и 
– коэффициенты уравнения прямой, – величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, – величина изменения объема воздуха в сосуде для проб в процессе тарировки, – объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле 
.
