CN105181558B - 堆积物孔隙率的测试装置及测试方法 - Google Patents

堆积物孔隙率的测试装置及测试方法 Download PDF

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堆积物孔隙率的测试装置及测试方法，属测试孔隙率的领域，包括两个相同的罐体，第一罐体的出气端与第二罐体的进气端相连，第一罐体与第二罐体之间依次设有第二阀门、压力表和第三阀门；第一罐体的进气端与氦气瓶相连，氦气瓶与第一罐体之间设有第一阀门；第二罐体的出气端与真空泵相连，第二罐体与真空泵之间设有三通阀和第五阀门，三通阀的另一端连接第四阀门。本发明可有效避免由于散状堆积物的形状、颗粒大小、整齐度、吸湿性等因素造成的测量误差，可更高精度的测量散状堆积物的空隙率。

Description

堆积物孔隙率的测试装置及测试方法
技术领域
本发明属测试孔隙率的方法，尤其是一种堆积物孔隙率的测试装置及方法。
背景技术
孔隙率是指颗粒物料层中，颗粒与颗粒间的孔隙体积(含开口孔隙)与整个颗粒物料层体积(堆积体积)之比，即单位体积集料所具有的孔隙体积。
孔隙率与散状堆积物形状、颗粒大小、含水率多少、整齐度、硬度、含杂质的种类及数量、表面性质、堆积形式、时间、厚度等因素有关，要想准确掌握特定条件下的空隙率，尤其是一些粉状物料或吸湿性强，易溶于水很难准确测定其比重或密度的物料，最理想的方法就是采用直接测试。
目前测试孔隙率较普遍的方法有渗水法、体积法、真空密封法，取得一定的效果，但测试装备简陋及工艺不够完善等原因，其测试精度不高，无法真实反映堆积物的空隙率。亟待寻找一种更精确的方法测试堆积物的孔隙率。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供测试精度高的一种堆积物空隙率的测试装置及方法。
本发明解决其技术问题在于采用的方案如下：
一种堆积物空隙率的测试装置，包括两个罐体，第一罐体的出气端与第二罐体的进气端相连，第一罐体与第二罐体之间依次设有第二阀门、压力表和第三阀门；第一罐体的进气端与气瓶相连，气瓶与第一罐体之间设有第一阀门；第二罐体的出气端与真空泵相连，第二罐体与真空泵之间设有三通阀和第五阀门，三通阀的另一端连接第四阀门。
所述罐体由罐体顶盖、活塞、罐体缸筒、罐体底盖组成，罐体缸筒与罐体顶盖通过螺栓连接，罐体缸筒与罐体底盖通过螺栓连接，罐体顶盖上开有出气端，罐体底盖上开有进气端，活塞与罐体底盖与散状物接触面均设有滤网。
所述第一罐体与第二罐体相同。
所述滤网是由两层400目～300目的滤网叠加组成。
堆积物空隙率的测试方法，包括无压测试方法和有压测试方法。
无压测试方法包括下述步骤：
(1)组装堆积物空隙率的测试装置，并使所有阀门处于关闭状态，在第二罐体中装入散状堆积物，调整第二罐体的活塞使活塞与散状堆积物的上表面接触，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门，氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门；
(2)打开第四阀门，氦气排出后关闭第四阀门，调整第一罐体的活塞位置与第二罐体活塞位置相同，并记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门，并运行真空泵，60～120min后关闭第五阀门和真空泵；
(4)打开第一阀门和第二阀门，氦气通入，记录压力表的压力值P1；
(5)打开第三阀门，待压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6)计算孔隙率
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
则空隙率ε为：
其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
有压测试方法包括下述步骤：
(1)组装权利要求1所述的一种堆积物空隙率的测试装置，并使所有阀门处于关闭状态，在第二罐体中装入散状堆积物，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门，氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门；
(2)打开第四阀门，氦气由第四阀门处排出，待无气体排出时关闭第四阀门，给第二罐体活塞加压，调整第一罐体活塞位置使其与第二罐体活塞位置在相同的高度，并记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门，并运行真空泵，对第二罐体进行抽真空，60～120min后关闭第五阀门和真空泵；
(4)打开第一阀门和第二阀门，将氦气通入第一罐体内，记录压力表的数值P1，关闭第一阀门；
(5)打开第三阀门，待第一罐体与第二罐体的压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6))计算孔隙率ε
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
则空隙率ε为：
其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
上述散状堆积物中颗粒的直径范围200目～10mm。
与现有技术相比，本发明可有效避免由于散状堆积物的形状、颗粒大小、整齐度、吸湿性等因素造成的测量误差，可更高精度的测量散状堆积物的空隙率。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
图2是本发明的罐体剖面图。
图中：1、气瓶，2、第一阀门，3、第一罐体，4、第一罐体活塞，5、第二阀门，6、压力表，7、第二罐体活塞，8、第二罐体，9、第三阀门，10、三通阀，11、第五阀门，12、第四阀门，13、真空泵，14、螺栓，15、罐体顶盖，16、活塞，17、密封圈，18、出气端，19、罐体缸筒，20、罐体底盖，21、滤网，22、进气端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
一种堆积物空隙率的测试装置，第一罐体3的出气端与第二罐体8的进气端相连，第一罐体3与第二罐体8之间依次设有第二阀门5、压力表6和第三阀门9；第一罐体3的进气端与气瓶1相连，气瓶1与第一罐体3之间设有第一阀门2；第二罐体8的出气端与真空泵13相连，第二罐体8与真空泵13之间设有三通阀10和第五阀门11，三通阀10的另一端连接第四阀门12。
所述第一罐体3与第二罐体8相同。
所述第一罐体3由罐体顶盖15、活塞16、罐体缸筒19、罐体底盖20组成，罐体顶盖15与罐体底盖20之间设置罐体缸筒19并通过六个螺栓14连接，即罐体顶盖15和罐体底盖20上均布有六个螺栓孔，罐体缸筒19两端设有六个螺纹连接孔，六个螺栓14分别穿过各自的螺栓孔与罐体缸筒19两端的螺纹连接孔连接，罐体顶盖15上开有出气端18，罐体底盖20上开有进气端22，活塞与罐体底盖之间设有滤网21。
所述滤网21是由两层400目～300目的滤网叠加组成。
实施例一：本实施例为无压测试方法。
散状堆积物中颗粒的直径不大于10mm。
(1)将上述堆积物空隙率的测试装置的所有阀门处于关闭状态，在第二罐体8中装入散状堆积物，调整第二罐体8的活塞，使活塞与散状堆积物的上表面接触，打开第一阀门2、第二阀门5、第三阀门9，使氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门2、第二阀门5、第三阀门9；
(2)打开第四阀门12，氦气由第四阀门处排出，待无气体排出时关闭第四阀门12，调整第一罐体活塞4位置与第二罐体活塞位置7在相同的高度，记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门11，并运行真空泵13，对第二罐体进行抽真空，60～120min后关闭第五阀门11和真空泵13；
(4)打开第一阀门2和第二阀门5，将氦气通入第一罐体内，记录压力表6的数值P1，关闭第一阀门2；
(5)打开第三阀门9，待第一罐体与第二罐体的压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6)计算孔隙率ε
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
则空隙率ε为：
其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
实施例二：本实施例为有压测试方法。
散状堆积物中颗粒的直径不大于1mm。
(1)将上述堆积物空隙率的测试装置的所有阀门处于关闭状态，在第二罐体8中装入散状堆积物，打开第一阀门2、第二阀门5、第三阀门9，氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门2、第二阀门5、第三阀门9；
(2)打开第四阀门12，氦气由第四阀门处排出，待无气体排出时关闭第四阀门12，给第二罐体活塞4加压，调整第一罐体活塞4位置使其与第二罐体活塞位置在相同的高度，并记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门11，并运行真空泵13，对第二罐体进行抽真空，60～120min后关闭第五阀门11和真空泵13；
(4)打开第一阀门2和第二阀门5，将氦气通入第一罐体内，记录压力表6的数值P1，关闭第一阀门2；
(5)打开第三阀门9，待第一罐体与第二罐体的压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6))计算孔隙率ε
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
则空隙率ε为：
其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
实施例三：本实施例散状堆积物的颗粒直径为200目到10mm，其测试方法与实施例一相同。

Claims (5)

1.一种堆积物孔隙率的测试装置，包括两个相同的罐体，第一罐体(3)的出气端(18)与第二罐体(8)的进气端(22)相连，第一罐体(3)与第二罐体(8)之间依次设有第二阀门(5)、压力表(6)和第三阀门(9)；第一罐体(3)的进气端(22)与氦气瓶(1)相连，氦气瓶(1)与第一罐体(3)之间设有第一阀门(2)；第二罐体(8)的出气端(18)与真空泵(13)相连，第二罐体(8)与真空泵(13)之间设有三通阀(10)和第五阀门(11)，三通阀(10)的另一端连接第四阀门(12)；其特征在于，所述罐体由罐体顶盖(15)、活塞(16)、罐体缸筒(19)、罐体底盖(20)组成，罐体顶盖(15)与罐体底盖(20)之间设置罐体缸筒(19)，罐体缸筒(19)与罐体顶盖(15)通过螺栓(14)连接，罐体缸筒(19)与罐体底盖(20)通过螺栓(14)连接，罐体顶盖(15)上设有出气端(18)，罐体底盖(20)上设有进气端(22)，活塞(16)与罐体底盖(20)之间设有滤网(21)。
2.根据权利要求1所述一种堆积物孔隙率的测试装置，其特征在于滤网(21)是由两层400目～300目的滤网叠加组成。
3.一种堆积物孔隙率的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)组装权利要求1所述的一种堆积物孔隙率的测试装置，并使所有阀门处于关闭状态，在第二罐体(8)中装入散状堆积物，调整第二罐体(8)的活塞，使活塞与散状堆积物的上表面接触，打开第一阀门(2)、第二阀门(5)、第三阀门(9)，使氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门(2)、第二阀门(5)、第三阀门(9)；
(2)打开第四阀门(12)，氦气由第四阀门处排出，待无气体排出时关闭第四阀门(12)，调整第一罐体活塞(4)位置与第二罐体活塞位置(7)在相同的高度，记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门(11)，并运行真空泵(13)，对第二罐体进行抽真空，60～120min后关闭第五阀门(11)和真空泵(13)；
(4)打开第一阀门(2)和第二阀门(5)，将氦气通入第一罐体内，记录压力表(6)的数值P1，关闭第一阀门(2)；
(5)打开第三阀门(9)，待第一罐体与第二罐体的压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6)计算孔隙率ε
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
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视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
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则孔隙率ε为：
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其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
4.一种堆积物孔隙率的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)组装权利要求1所述的一种堆积物孔隙率的测试装置，并使所有阀门处于关闭状态，在第二罐体(8)中装入散状堆积物，打开第一阀门(2)、第二阀门(5)、第三阀门(9)，氦气通入，检查气密性，关闭第一阀门(2)、第二阀门(5)、第三阀门(9)；
(2)打开第四阀门(12)，氦气由第四阀门处排出，待无气体排出时关闭第四阀门(12)，给第二罐体活塞(4)加压，调整第一罐体活塞(4)位置使其与第二罐体活塞位置在相同的高度，并记录此时第一罐体活塞距离其罐体底内壁的距离H，并计算初始体积V1＝πr2·H，r为第一罐体内径；
(3)打开第五阀门(11)，并运行真空泵(13)，对第二罐体进行抽真空，60～120min后关闭第五阀门(11)和真空泵(13)；
(4)打开第一阀门(2)和第二阀门(5)，将氦气通入第一罐体内，记录压力表(6)的数值P1，关闭第一阀门(2)；
(5)打开第三阀门(9)，待第一罐体与第二罐体的压力平衡后，记录平衡压力值P2；
(6))计算孔隙率ε
孔隙率为散状堆积物的孔隙体积与散状堆积物所占用空间体积之比，即
<mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> </mrow>
视氦气为理想气体，根据理想气体状态方程可得
M＝M1+M2
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则孔隙率ε为：
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其中，V1为散状堆积物所占用空间体积，V2为散状堆积物的孔隙体积，M1为第一罐体气体质量、M2为第二罐体气体质量、M为气体总质量，R为气体的气体常数，T为气体的绝对温度。
5.根据权利要求3或4所述一种堆积物孔隙率的测试方法，其特征在于所述散状堆积物的粒径是200目～10mm。
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