CN106092812B - 一种高精度电子多活度等温吸附实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，由外箱和单活度称量单元装置组成，其特征在于，所述外箱包括恒温水循环温度控制系统、可调节垫脚、玻璃门、水平仪、数据记录系统、控制面板；所述恒温水循环温度控制系统由水箱、温控部件、电热丝、水泵、水循环管线，温度控制系统组成；所述单活度称量单元装置由外壳、高精度电子称量单元、气氛动态循环器、工作区、样品柜、水柜、称量瓶组成；外壳为矩形中空壳体，中间设有5个高精度电子称量单元，上半部分和下半部分分别放置样品柜和水柜。本发明能够在室内有效的控制吸附环境，精确的同时测量并连续记录不同温度下多个活度多个样品的数据，获得样品质量连续变化的过程。

Description

一种高精度电子多活度等温吸附实验装置

技术领域

本发明涉及黏土材料在不同活度条件下水化情况研究领域，具体涉及一种能自动记录处理数据的高精度多活度等温吸附实验装置。

背景技术

黏土的吸水膨胀在钻井液对井壁稳定性研究以及钻井液体系的构建与改良上具有重要指导作用，而等温吸附是研究黏土吸附能力的重要方法。等温吸附实验对于精确度要求非常高，在样品较多的情况下实验周期很长，并且受环境因素和人为因素影响比较大，实验过程繁琐，中途的不确定情况经常导致实验失败或实验结果误差过大，影响研究进程。现有的等温吸附装置能同时测量的样品数量较少，误差较大。由于等温吸附实验时间较长，不能同时进行多个活度的等温吸附实验，不能满足实际需求。针对不同的活度、温度，通过单一温度不同活度单元组合可以有效分析样品在同一温度下活度对吸附过程及吸附量的影响，由于采用了饱和盐溶液体系控制活度的方法，可以保证气体环境的长期稳定。通过多台仪器的组合或一台仪器多次实验可以分析温度对吸附过程及吸附量的影响。为综合分析样品的吸附能力，吸附过程，吸附机理等提供了参考。

目前国内外实验室通常使用的等温吸附仪器单次测量的样品数普遍偏少，不能很好的适应多样品等温吸附的实验要求，工作区加空调仍然是许多实验室进行多样品等温吸附实验的常用方法。国内相关专利如《煤的高压等温吸附实验装置》(CN202502025U)，《一种煤/页岩等温吸附实验装置》(CN201410222208.8)等单次测量样品数较少；《核磁高压等温吸附装》(CN201510085193.X)采用核磁共振法测吸附量，方法过程过于繁琐，只能单次测量；其他相关专利仅依靠不可靠的供气系统，并不重视等温吸附气体环境的变化。国内外已商业化的等温吸附实验装置可以精确的测量吸附量，但一次测量中都只能测量很少的几组样品。且价格昂贵，功能单一，缺乏广泛适用性。而且装置内部空气在加热后湿度和循环变化复杂，没有辅助的装置来调节空气状态。

因此，研发一种具有多种用途，能精确的同时测量并连续记录不同温度下多个活度多个样品的实验装置，可以减小人为误差与不确定因素的影响，提高等温吸附实验结果的精确度，获得样品质量连续变的过程，温度控制范围不局限于空调能力。同时减少了实验人员的工作量，大大节约实验耗时。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种高精度多活度等 温吸附实验装置及配套软件，该装置能够通过溶液以及气氛动态循环器，有效控制工作区内的气体活度(湿度)，并通过外壳内安装的水循环温度控制系统控制工作区整体环境温度。利用该装置内的六个单活度称量单元装置，连续精确测量其中五个称量瓶中的样品质量并记录，从而获得整个吸附过程的重量变化曲线，提供样品在确定温度常压下某活度环境下的吸附情况。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，由外箱和单活度称量单元装置组成；

所述外箱包括恒温水循环温度控制系统、可调节垫脚、玻璃门、水平仪、数据记录系统、控制面板、工作区；所述可调节垫脚有4个，分别安装于外箱底部4角；所述玻璃门为双层钢化玻璃，闭合处设有橡胶圈，玻璃门设置在外箱正面右侧并向右侧外边旋转；玻璃门内侧的空间为工作区；控制面板安装于外箱正面左侧，左侧内部安装恒温水循环温度控制系统；所述水平仪安装于外箱上方；所述控制面板与数据记录系统和恒温水循环温度控制系统相连；

所述恒温水循环温度控制系统由水箱、温控部件、压缩机、电热丝、水泵、水循环管线组成；温控部件包括设置于水箱内部的温度传感器、温度控制器、换热器及吸热管路，温度传感器与温度控制器以数据线相连接，换热器及吸热管路在水箱内，水箱外设有压缩机，水循环管线曲折环绕围成长方体空间，首尾均与水箱相连接，水循环管线出口连接水泵，所述温度控制器为集成电路，上面设有一个与控制面板接口适配的控制线接口、两个分别与水箱和数据记录系统相适配的数据线接口、一个电源接口；

所述控制面板设有温度控制按钮、巡检按钮、温度显示屏、时间显示屏、计时按钮、清零按钮、电脑连接指示呼吸灯；所述水泵和换热器通过线路与电源适配器相连；

所述温控部件内部有电热丝和冷却系统，可以在温度控制系统调节下实现增温或散热；所述温度控制器与电源适配器相连，控制换热器与水泵和接收高精度电子称量单元内的温度传感器以及水箱内温度传感器所发出的信号；

所述单活度称量单元装置由外壳、高精度电子称量单元、气氛动态循环器、工作区、样品柜、水柜、称量瓶组成；外壳为矩形中空壳体，中间设有5个高精度电子称量单元，上半部分和下半部分分别放置样品柜和水柜；样品柜上下两面为贯穿中空结构，中放置可拆卸的带有5个镂空圆形孔的孔板，孔板中可放入5个带有瓶盖的称量瓶；水柜上方带有一组可拆卸的气氛动态循环器，所述气氛动态循环器是2个运行平稳的微型风扇，保证在实验状态下单元内的气体状态能保持恒定，水柜内部为整体玻璃槽，可放入各种活度的饱和盐溶液；在将样品柜和水柜都放入外壳的对应位置之后，孔板上的称量瓶底部分别与下方对应的高精度电子称量单元接触，以测量其质量。

数据记录系统为集成电路，包含9个数据线接口，其中6个与单活度称量单元装置内的高精度电子称量单元的输出线接口适配，1个与电脑USB接口适配，1个与温度控制器数据传输接口适配，1个与控制面板控制线接口适配，1个电源线接口。

进一步的，所述称量瓶为圆柱状玻璃杯，下部设有卡槽，放入孔板后可以卡住固定，当样品柜装入外壳后，孔板与高精度电子称量单元的间距小于称量瓶在孔板下方的高度，因此称量瓶被称量单元顶起，使称量瓶与样品柜脱离，称量瓶的重量完全由高精度电子称量单元支撑，确保所测质量精确。

进一步的，所述高精度电子称量单元为电磁式称量元件，称量精度为万分之一克，其上端设有薄膜，使其与外界隔绝，避免被干扰；同时设有电源线、数据线与箱体相连。

进一步的，所述外壳中间的5个高精度电子称量单元前后两侧设有两处上下贯穿的方孔。用于为气氛动态循环器工作提供空气流道。

进一步的，所述外壳与工作区闭合处有磁性胶条，工作区上方的外壳处设有水平仪，底座为4个可调节垫脚。

进一步的，所述水平仪设有2个，2者相互垂直并平行于水平面，水平仪内带有水泡，在使用状态下，通过旋转可调节垫脚来使水泡位于水平仪中部。

进一步的，所述工作区分为上下两部分，可同时放入6组单活度称量单元装置。

进一步的，外箱外部为设有保温层的工程塑料，使用220V交流电为水循环温度控制系统和高精度电子称量单元以及数据记录系统提供电力。可通过控制面板上的按键对温度进行设置，箱体上有接口，进行实验时用数据线将仪器与电脑连接，通过软件记录每个称量单元的质量-时间曲线。

本发明的优点在于：

1、本发明能够在室内有效的控制吸附环境(温度与活度)，温度范围为最高50度，最低15度，具有自我反馈调节机制；

2、测试活度最高为1，最低为0；能精确的同时测量并连续记录不同温度下多个活度多个样品，具有多种用途，适用广泛，可以减小人为误差与不确定因素的影响，提高等温吸附实验结果的精确度，获得样品质量连续变的过程；

3、能同时测量6组样品，每一组样品多达5个，减少个体差异造成的数据误差；

4、通过设置气氛动态循环器来调节测量过程空气状态；同时减少了实验人员的工作量，节约实验耗时。

附图说明

图1是本发明的结构示意图立体图；

图2是本发明的结构示意图主视图；

图3是本发明的电路连接关系图；

图4是单活度称量单元装置结构示意图；

图5是水柜和气氛动态循环器结构示意图；

图6是样品柜和孔板结构示意图；

图7是称量瓶结构示意图。

图中：1为外箱、2为玻璃门、3为控制面板、4为工作区、5为隔板、6为可调节垫脚、7为外壳、8为高精度电子称量单元、9为水柜、9-1为气氛动态循环器、10为样品柜、10-1为孔板，11为称量瓶，11-1为瓶盖。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

如图1-5所示，一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，由外箱1和单活度称量单元装置组成；

所述外箱1包括恒温水循环温度控制系统、可调节垫脚6、玻璃门2、水平仪、数据记录系统、控制面板3；

如图2所示，所述恒温水循环温度控制系统由水箱、温控部件、电热丝、水泵、水循环管线，温度控制系统组成；水箱在外箱1内部左下方，其内部有温度传感器，与温度控制器以数据线相连接，换热器的电阻及吸热管路在水箱内，压缩机在水箱外，水循环管线曲折环绕围成长方体空间，首尾均与水箱相连接，水循环管线出口有水泵，其循环方向如图3中箭头方向所示，所述温度控制器为集成电路，有一个控制线接口，与控制面板3接口适配，两个数据线接口，分别与水箱和数据记录系统相适配，有一个电源接口；所述玻璃门2为双层钢化玻璃，闭合处设有橡胶圈；所述两个水平仪相互垂直并平行于水平面；所述数据记录系统包括高精度电子称量单元8、电脑、温度控制器、控制面板3、电源适配器；所述控制面板3设有温度控制按钮、巡检按钮、温度显示屏、时间显示屏、计时按钮、清零按钮、电脑连接指示呼吸灯。所述水泵与换热器与电源适配器相连。所述温度控制器与电源适配器相连，控制换热器与水泵和接收高精度电子称量单元8内的温度传感器以及水箱内温度传感器所发出的信号。所述温控部件内部有电热丝，冷却系统，可以在温度控制系统调节下增温或散热。所述外壳7与上下两柜闭合处有磁性胶条。外箱1上方有两个液体水平仪，底座为四个可调节垫脚6。

所述单活度称量单元装置由外壳7、高精度电子称量单元8、气氛动态循环器9-1、工作 区、样品柜10、水柜9、称量瓶11组成；外壳7为矩形中空壳体，中间设有5个高精度电子称量单元，上半部分和下半部分分别放置样品柜10和水柜9，样品柜10中放置可拆卸的带有5个镂空圆形孔的孔板10-1，5个称量瓶11分别放入孔板10-1中；水柜9中放入气氛动态循环器9-1，气氛动态循环器9-1是运行平稳的微型风扇，保证在实验状态下单元内气体状态保持恒定，水柜9内部为整体玻璃槽，可放入各种活度的饱和盐溶液。所述称量瓶11为圆柱状玻璃杯，下部设有卡槽，放入孔板10-1后可以卡住，当样品柜10装入外壳7后称量瓶11被称量单元顶起，使称量瓶11与样品柜10脱离，重量完全由称量单元支撑。所述高精度电子称量单元8为电磁式称量元件，称量精度为万分之一克，有薄膜与外界隔绝，有电源线，数据线与数据记录系统相连。

本发明的使用过程如下：

1、准备

(1)称量瓶11彻底清洁后高温下烘干3小时以上，将称量瓶11的瓶盖11-1盖上，在干燥环境下自然冷却，冷却后放入孔板10-1中。

(2)将黏土通过200目筛子筛选，将筛选出来的粘土置于150℃高温下烘干12小时。

(3)调节外箱四个角的可调节垫脚6，使外壳7上的两水平仪的水泡位置居中。

2、组装调试

(1)将配置好的不同活度的饱和盐溶液放入1到6号单活度称量单元装置的水柜9中，再把水柜9装入外壳7内，调节水平，将数据线与外壳7连接。

(2)关上门，连接外箱的电源，打开总电源，在控制面板3上设置环境温度，打开电脑，将外箱1的数据线与电脑连接，打开配套软件，待控制面板3上的呼吸指示灯由红变绿后即可看到各个已接入的高精度电子称量单元8的读数，各高精度电子称量单元8内部的温度，气氛动态循环器9-1的运转状况。分别命名，设定保存文件路径，待各高精度电子称量单元8内部的温度与设定温度相差无几后，按归零键，将所有高精度电子称量单元8读数归零。

3、称量

(1)测量记录称量瓶11质量

打开外箱1门，尽可能快的将放有称量瓶11的孔板10-1放入称量单元内，待数据稳定后按下软件界面上的单点记录，即可记录称量瓶11重量。

(2)测量初始总质量

迅速拿出孔板10-1，在每个称量瓶11中加入规定量的粘土，将瓶盖11-1盖上，瓶盖11-1余称量瓶11接触面留下少许缝隙，置于高温下烘干，干燥条件下冷却，冷却后放入原位置。(孔板10-1与称量瓶11应一一对应，可自行标记)。然后尽可能快的将称量瓶11和孔板10-1 放回称量单元内，待数据稳定后按下软件界面上的单点记录，即可记录称量瓶11重量。

4、进行等温吸附测量

在电脑的软件上按下的连续测量按钮，设置好记录间隔时间。开始实验后，呼吸灯开始有韵律的闪烁，数据记录开始。此时禁止打开外箱1的玻璃门2。中途需确保电源供电的稳定。实验室应保持安静，避免较大震动。实验规定时间结束后，可打开单活度称量单元装置，取出样品进行测试，数据图表自动生成并保存在设定存储路径。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，由外箱和单活度称量单元装置组成；其特征在于，所述外箱包括恒温水循环温度控制系统、可调节垫脚、玻璃门、水平仪、数据记录系统、控制面板、工作区；所述可调节垫脚有4个，分别安装于外箱底部4角；所述玻璃门为双层钢化玻璃，闭合处设有橡胶圈，玻璃门设置在外箱正面右侧并向右侧外边旋转；玻璃门内侧的空间为工作区；控制面板安装于外箱正面左侧，左侧内部安装恒温水循环温度控制系统；所述水平仪安装于外箱上方；所述控制面板与数据记录系统和恒温水循环温度控制系统相连；

所述恒温水循环温度控制系统由水箱、温控部件、压缩机、电热丝、水泵、水循环管线组成；温控部件包括设置于水箱内部的温度传感器、温度控制器、换热器及吸热管路，温度传感器与温度控制器以数据线相连接，换热器及吸热管路在水箱内，水箱外设有压缩机，水循环管线曲折环绕围成长方体空间，首尾均与水箱相连接，水循环管线出口连接水泵，所述温度控制器为集成电路，上面设有一个与控制面板接口适配的控制线接口、两个分别与水箱和数据记录系统相适配的数据线接口、一个电源接口；

所述控制面板设有温度控制按钮、巡检按钮、温度显示屏、时间显示屏、计时按钮、清零按钮、电脑连接指示呼吸灯；所述水泵和换热器通过线路与电源适配器相连；

所述温控部件内部有电热丝和冷却系统，可以在温度控制系统调节下实现增温或散热；所述温度控制器与电源适配器相连，控制换热器与水泵和接收高精度电子称量单元内的温度传感器以及水箱内温度传感器所发出的信号；

所述单活度称量单元装置由外壳、高精度电子称量单元、气氛动态循环器、工作区、样品柜、水柜、称量瓶组成；外壳为矩形中空壳体，中间设有5个高精度电子称量单元，上半部分和下半部分分别放置样品柜和水柜；样品柜上下两面为贯穿中空结构，中放置可拆卸的带有5个镂空圆形孔的孔板，孔板中可放入5个带有瓶盖的称量瓶；水柜上方带有一组可拆卸的气氛动态循环器，所述气氛动态循环器是2个运行平稳的微型风扇，保证在实验状态下单元内的气体状态能保持恒定，水柜内部为整体玻璃槽，可放入各种活度的饱和盐溶液；在将样品柜和水柜都放入外壳的对应位置之后，孔板上的称量瓶底部分别与下方对应的高精度电子称量单元接触，以测量其质量；

数据记录系统为集成电路，包含9个数据线接口，其中6个与单活度称量单元装置内的高精度电子称量单元的输出线接口适配，1个与电脑USB接口适配，1个与温度控制器数据传输接口适配，1个与控制面板控制线接口适配，1个电源线接口。

2.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述称量瓶为圆柱状玻璃杯，下部设有卡槽，放入孔板后可以卡住固定，当样品柜装入外壳后，孔板与高精度电子称量单元的间距小于称量瓶在孔板下方的高度，因此称量瓶被称量单元顶起，使称量瓶与样品柜脱离，称量瓶的重量完全由高精度电子称量单元支撑，确保所测质量精确。

3.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述高精度电子称量单元为电磁式称量元件，称量精度为万分之一克，其上端设有薄膜与外界隔绝，同时设有电源线、数据线与箱体相连。

4.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述外壳中间的5个高精度电子称量单元前后两侧设有两处上下贯穿的方孔。

5.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述外壳与工作区闭合处有磁性胶条，工作区上方的外壳处设有水平仪，底座为4个可调节垫脚。

6.根据权利要求5所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述水平仪设有2个，2者相互垂直并平行于水平面，水平仪内带有水泡，在使用状态下，通过旋转可调节垫脚来使水泡位于水平仪中部。

7.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述工作区分为上下两部分，可同时放入6组单活度称量单元装置。

8.根据权利要求1所述的一种高精度电子多活度等温吸附实验装置，其特征在于，所述外箱外部为设有保温层的工程塑料，使用220V交流电为水循环温度控制系统和高精度电子称量单元以及数据记录系统提供电力；可通过控制面板上的按键对温度进行设置，箱体上有接口，进行实验时用数据线将仪器与电脑连接，通过软件记录每个称量单元的质量-时间曲线。