CN101762251B - 滤材孔径测量的方法及其测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤材孔径测量的方法及其测量装置，方法实现步骤如下：首先将被测量滤材同水平方向呈一定角度放置，且角度范围为大于0度至小于180度之间；然后在滤材两侧分别加载液体压强和气体压强；通过调节气体压强，以控制气体从滤材加载气体压强的一面鼓出到滤材加载液体压强一面的冒泡位置，记录该气泡产生位置的高度和加载气体的压强，通过拉普拉斯定律和数学模型计算得出滤材孔径；测量装置包括：测量盒、气源、气压表和压力调节装置。该方法及装置，以一种静态现象为测量点，准确性与测量精度大大提高，而且仅需一名操作人员及可完成测量。由于其结构简单、操作方便、测量准确适于在滤材孔径测量中广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤材孔径的测量方法及其测量装置。尤其涉及一种准确性与测量精度大大提高静态现象为测量点，对滤材孔径进行测量的方法及其测量装置。
背景技术
在过滤与分离行业，滤材被称作为过滤机的心脏，在过滤过程中起着非常关键的作用。作为一种多孔材料的滤材来说，滤材孔径的讨论和测量对指导滤材的生产和滤材的选用起着重要作用。
本测量仪器的工作原理是以拉普拉斯定律和毛细效应的物理现象为基础。拉普拉斯定律指出：界面上某点两侧的压强差Δp等于此界面的张力与该点总曲率的乘积。滤材一端用液体完全浸润滤材纤维空隙，此时在另一端通入洁净的空气，当气体的压力达到将液体从滤材纤维的空隙中压出并冒出气泡时，此压力可视作为界面上某点两侧的压强差Δp，根据数学模型可以由此界面的张力与该点总曲率算出可以表征滤材孔径的尺寸。
目前，现有的滤材孔径测量方法和仪器都是将被测滤材水平放置，液体在滤材上方，在滤材下方通入气体，这样只有当气泡第一次冒出滤材的瞬间才是测量点，只有在这一瞬间的压力值才是计算滤材孔径的压力值，那么对于一个瞬间值，操作人员的反应是不同的，而且是有误差的。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种以气泡冒出静态现象为测量点的滤材孔径测量的方法及其测量装置。本发明的采用的技术手段如下：
一种滤材孔径测量的方法，其特征在于实现步骤如下：
首先将被测量滤材同水平方向呈一定角度放置，且角度范围为大于0度至小于180度之间；然后在滤材两侧分别加载液体压强和气体压强；通过调节气体压强，以控制气体从滤材加载气体压强的一面鼓出到滤材加载液体压强一面的冒泡位置，记录该气泡产生位置的高度和加载气体的压强，通过公式：P气-ρ液gh＝4γcosθ/D，式中：γ-液体表面张力，P气-孔隙处气体的压力，θ-液体于孔壁的接触角，D-孔的直径，ρ液-液体密度，h-液体深度即滤材冒泡的位置的深度，g-重力加速度，计算得出滤材孔径D。所述试验液体采用异丙醇液体；所述被测量滤材垂直于水平方向放置；所述滤材加载液体压强一面的冒泡位置的深度确认方法为，取滤材均匀冒泡的区域的下边缘各冒泡点的深度的平均值。
一种滤材孔径测量装置，其特征在于包括：测量盒、气源、气压表和压力调节装置；所述测量盒包括：气体箱和液体箱，所述气体箱包括进气部和气体缓存部，所述液体箱设有液体储存部、观察窗和气体逸出部；使用时滤材通过试样紧固橡胶圈固定在气体箱和液体箱相连接处，将气体缓存部和液体储存部分隔开后将气体箱和液体箱进行紧固，并在液体箱的液体存储部添加试验液体，然后通过压力调节装置调节气源通向测量盒的气体箱中的气体的压强，该气体的压强通过连接在通气管路上的气压表读取。所述气源由储气罐和空气压缩机构成。所述气源处还设有排放多余气体的放气阀。所述气压表由不同测量范围与不同测量精度的气压表组合配置。所述液体箱的观察窗旁边设有刻度尺。所述液体箱上还设有液体排放部。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的滤材孔径测量的方法及其测量装置，摒弃了已有将滤材与水平方向放置以气泡冒出瞬间为测量点的孔径测量方法，因为这一瞬间对于人员的反应及操作不同会产生误差，以一种静态现象为测量点，准确性与测量精度大大提高，而且仅需一名操作人员及可完成测量。由于其结构简单、操作方便、测量准确适于在滤材孔径测量中广泛推广。
附图说明
图1是本发明实施例中测量盒的结构示意图；
图2是本发明实施例中滤材测量装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中液面高度H与气泡数n的关系曲线示意图；
图4是本发明实施例中滤材产生气泡的位置示意图。
具体实施方式
该滤材孔径测量的方法及其测量装置的工作原理是利用液体深度增加，压力随着增加的原理来设计的，将滤材试样与水平方向垂直放置(或者呈一定角度放置)，这样在滤材毛细管处的气-液压力差为Δp＝P气-ρ液gh。我们利用拉普拉斯定律和数学模型可以推出我们的计算公式为：P气-ρ液gh＝4γcosθ/D。式中γ-液体表面张力，P气-孔隙处气体的压力；θ-液体于孔壁的接触角；D-孔的直径；ρ液-液体密度；h-液体深度即滤材冒泡的位置的深度；g-重力加速度。为试验方便，其中试验液体选用异丙醇为试验液体，由于异丙醇的表面张力小，这样只要在同一温度下被测滤材的表面张力大于异丙醇的表面张力，就可以视作液固完全浸润，式中θ＝0，则cosθ＝1，最终公式为P气-ρ液gh＝4γ/D。
本发明方法是将被测滤材与地平面(水平面)垂直放置(或成一定角度放置，角度范围为大于0度至小于180度之间)，然后在滤材两侧分别加载液体压强和气体压强；通过调节气体压强，以控制气体从滤材加载气体压强的一面鼓出到滤材加载液体压强一面的冒泡位置，这样被测滤材受到液体的压强是随着液面高度不同在变化，那么在同一气体压强的情况下，被测滤材空隙的毛细管中形成半月面的气-液内外压力差是不同的，所以随着气体压强慢慢变大，会出现气泡由上向下依次慢慢冒出。在一定的气体压强下，液面高度H与气泡数n的关系如图3所示，也就是说深度越深气泡数量越少，那么拐点a(本实施例取滤材均匀冒泡的区域的下边缘各冒泡点的深度的平均值为该拐点a)即是我们所要求的测量点，然后记录该气泡产生位置的高度和加载气体的压强，根据公式：P气-ρ液gh＝4γcosθ/D计算得出滤材的孔的直径D。此现象是静态的冒泡过程，不断冒出的气泡被定格在某一高度的位置上，所以比现有的把第一个气泡冒出的瞬间作为测量点更为科学，也避免了操作人员反映及操作不同产生的误差。
本发明方法会出现如下图4的冒泡现象。测量的冒泡点位置应该是位于图4中标注A、B、C、D的气泡点处，为更加准确的得出滤材孔径的大小，滤材加载液体压强一面的冒泡位置的深度确认方法为，取滤材均匀冒泡的区域的下边缘各冒泡点的深度的平均值，即取A、B、C、D的气泡点的深度的平均值。当被测滤材出现不匀的情况时，由于孔径大于正常的孔径，所以气泡冒出的压差变小，气体压力一定，所以会有气泡在液体压力值大的地方冒出来。若出现此情况，那么气泡点E的位置应该被看成是一个奇点，这里也可被视作最大孔径。
如图1和图2所示，滤材孔径测量装置包括：测量盒、气源、气压表和压力调节装置；测量盒包括：气体箱1和液体箱2，所述气体箱1包括进气部5和气体缓存部6，所述液体箱2设有液体储存部10、观察窗11(设置在液体箱的侧壁上，用于观测气泡产生的位置)和气体逸出部12(用于排放气体箱流向液体箱的气体)；使用时滤材3通过试样紧固橡胶圈7、8固定在气体箱1和液体箱2相连接处将气体缓存部6和液体储存部10分隔开后，通过螺钉4将气体箱和液体箱进行紧固，并在液体箱2的液体存储部10添加试验液体，然后通过压力调节装置20调节气源通向测量盒的气体箱6中的气体的压强，该气体的压强通过连接在通气管路上的气压表读取。本实施例中的气源由储气罐22和空气压缩机21构成。另外，气源处还设有排放多余气体的放气阀23。为测试更加精确该测试装置中的气压表由不同测量范围与不同测量精度的气压表组合配置进行测量。另外，在液体箱的观察窗旁边设有观察测量冒泡点深度的刻度尺15，在液体箱上还设有液体排放部13。
整个装置的具体工作过程如下：测量装置的气源由微型空气压缩机21提供，气源进入储气罐22得到稳压后，通过调节调节装置20(本实施利采用旋拧阀)调节进入测量盒的进气量，多余的气体由放气阀23放出。通过两块不同量程且不同精度的压力表读出测量点的压力值即Δp。此压差在液体箱2、气体箱1和待测滤材3中产生，通过观察窗11观察测量点，并用深度刻度尺15记录测量点的液体深度。首先将压力表16、17调零，将待测滤材3安放在气体箱1与液体箱2中间的待测滤材3安放区中，将规定体积异丙醇液体从气体逸出部12注入测量盒，然后检查安全阀18、17和旋拧阀，并将此三个阀门关闭。设定好放气阀23的出气量之后，我们打开微型空气压缩机21的开关，并等待储气罐中的气体达到稳定之后，先打开大量程压力表16下的安全阀18，观察压力表上的读数，若旋拧阀没有损坏并已经关闭，我们会观察到压力表16的压力为零或为很小的负值，此时我们打开小量程压力表17下的安全阀19。现在我们可以旋转慢慢打开旋拧阀，并从观察窗中观察冒泡的现象，若出现所规定的冒泡现象时压力小于阈值，那么停止旋转旋拧阀，并记录压力表的数值和规定的冒泡点的深度值。若压力值达到阈值时还没有出现规定的冒泡现象，关掉小量程压力小17下面的安全阀19，然后调节旋拧阀，直到出现规定的冒泡现象，记录压力表的数值并用刻度尺15读出规定的冒泡点的深度值，用温度计14试液的温度。然后通过计算软件计算出被测滤材的孔径。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种滤材孔径测量的方法，其特征在于实现步骤如下：
首先将被测量滤材同水平方向呈一定角度放置，且角度范围为大于0度至小于180度之间；然后在滤材两侧分别加载液体压强和气体压强；通过调节气体压强，以控制气体从滤材加载气体压强的一面鼓出到滤材加载液体压强一面的冒泡位置，记录该气泡产生位置的高度和加载气体的压强，通过公式：P气-ρ液gh＝4γcosθ/D，式中：γ-液体表面张力，P气-孔隙处气体的压力，θ-液体于孔壁的接触角，D-孔的直径，ρ液-液体密度，h-液体深度即滤材冒泡的位置的深度，g-重力加速度，计算得出滤材孔径D；所述滤材加载液体压强一面的冒泡位置的深度确认方法为，取滤材均匀冒泡的区域的下边缘各冒泡点的深度的平均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加载液体采用异丙醇液体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述被测量滤材垂直于水平方向放置。
4.一种采用权利要求1所述的滤材孔径测量方法的测量装置，其特征在于包括：测量盒、气源、气压表和压力调节装置；所述测量盒包括：气体箱和液体箱，所述气体箱包括进气部和气体缓存部，所述液体箱设有液体储存部、观察窗和气体逸出部；使用时滤材通过试样紧固橡胶圈固定在气体箱和液体箱相连接处将气体缓存部和液体储存部分隔开后，将气体箱和液体箱进行紧固，并在液体箱的液体存储部添加试验液体，然后通过压力调节装置调节气源通向测量盒的气体箱中的气体的压强，该气体的压强通过连接在通气管路上的气压表读取。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述气源由储气罐和空气压缩机构成。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述气源处还设有排放多余气体的放气阀。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述气压表由不同测量范围与不同测量精度的气压表组合配置。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述液体箱的观察窗旁边设有刻度尺。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述液体箱上还设有液体排放部。
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