CN107631975A - 一种微孔网格薄板型液体渗透性检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微孔网格薄板型液体渗透性检测方法与装置。现有液体渗透性检测尚无通用标准、精度不高，不易实现。本发明将待测液体注入烧杯中，调节进给装置的进给量，将进给装置和高速度数码显微系统放入外壳内；保持外壳内的压强和温度恒定；控制注射器针头处的电磁截止阀启闭，进给装置带动微量注射器尾部运动，微量注射器注射液体，液体通过渗透管流到渗透板上；高速度数码显微系统进行高速摄像，采集到渗透管中的待测液体高度和待测液体渗透时间；得出微量注射器注射的液体体积变化量，然后计算渗透系数。本发明是一种通过液体透过微孔网格薄板过程高速摄像，分析计算透过时间、透过压力和透过体积等参数的方法。
Description
技术领域
本发明属于液体渗透性能精确检测技术领域，特别涉及一种微孔网格薄板型液体渗透性检测方法与装置。
背景技术
液体渗透的应用领域广泛，可广泛应用于航空航天、原子能、石油化工、冶金、环保、机械等特殊行业中的催化、热交换、清洗等工艺中，其中,液体渗透性能是主要的质量指标。比如：在机械切削加工过程中，切削液需要具有良好的清洗功能，而液体渗透性能是清洗能力的主要指标。因此，研究一种液体渗透性检测方法与装置有着十分重要的意义。
目前，运用在渗透性检测的例子为数不多，如申请专利号为201610066650.5(授权公告号为105688681A，授权公告日为2016年6月22日)的专利发明公开了一种歧管、包含其的多孔薄膜的渗透率检测系统及方法。该渗透率检测系统包括歧管、注射泵、压力传感器、压力产生装置、多孔薄膜、基底、加热板、热电偶、电子称、中心槽以及边槽。该渗透率检测系统根据注射泵的流体流速和压力差检测值，采用达西定律计算得到多孔薄膜的渗透率。但是该系统仅仅测得多孔薄膜的渗透率，没有给出液体渗透性检测的方法。申请专利号为201510981827.X(授权公告号为105572013A，授权公告日为2016年5月11日)的专利公开了一种测试多孔材料渗透率的装置和方法。该装置包含了材料试验机、注射器、固定支座、试验台、试件、第一密封垫、第二密封垫和计算机。该专利是一种根据达西定律将测试材料制成圆柱或圆盘形试件放入注射器，然后利用材料试验机控制液体压力，通过测试在不同压力下液面下降高度和时间，根据达西定律计算得到该材料的渗透率系数。该方法需要连续加压重复试验，试验次数较多较为繁琐。
发明内容
本发明针对现有液体渗透性检测尚无通用标准、精度不高和不易实现等问题，提供了一种微孔网格薄板(厚度小于0.5mm)型液体渗透性检测方法和装置。该发明是一种根据不同粘度、密度和压力下液体在微孔网格薄板上具有不同的透过特性，来进行渗透性检测方法；是一种通过液体透过微孔网格薄板过程高速摄像，分析计算透过时间、透过压力和透过体积等参数的方法；是一种将透过时间、透过压力和透过体积等参数综合在一起的液体渗透性检测方法；是一种可以对检测液体进行自动微量加压的渗透性检测装置；是一种针对检测液体可进行微孔网格薄板参数(孔尺寸、大小和间距等)调整的渗透性检测装置；是一种在静置、恒湿、恒温和恒压环境下的液体渗透过程高速摄像、数据采集、处理分析和结果输出的全自动检测装置。
本发明一种微孔网格薄板型液体渗透性检测方法，具体步骤如下：
步骤一、将渗透板置于渗透垫板上，渗透板的渗透孔横截面边长在0.1～1.5mm中选择。
步骤二、将待测液体注入烧杯中，调节进给装置的进给量，将渗透发生及摄像装置放入外壳内。所述的渗透发生及摄像装置包括进给装置和高速度数码显微系统。
步骤三、多次读取压力发生及控制装置和温度发生及控制装置的示数，若压力发生及控制装置和温度发生及控制装置分别将外壳内的压强和温度保持恒定，则进入步骤四。
步骤四、开启注射器针头处的电磁截止阀，启动进给装置，使注射器尾部运动，活塞向下运动，注射筒上腔气压比外界小，烧杯中的待测液体通过软管和单向阀进入注射筒上腔，同时注射筒上腔气压比下腔气压小，玻璃球在弹簧压力下封住活塞的二级阶梯通孔，上腔待测液体无法流到下腔；当关闭电磁截止阀，且活塞向上运动时，注射筒上腔气压大于外界大气压，单向阀不导通，同时，注射筒上腔气压大于下腔气压，将玻璃球和弹簧压下，上腔待测液体流到下腔，活塞运动到注射筒顶端后，弹簧恢复原状，玻璃球封住二级阶梯通孔。
步骤五、开启电磁阀，且活塞向下运动，注射器注射待测液体，待测液体通过渗透管流到渗透板上；高速度数码显微系统进行高速摄像，采集到渗透管中的待测液体高度和待测液体渗透时间；进行数据分析得出注射器注射的液体体积变化量ΔV，然后计算渗透系数λ＝ΔV/(Δt*F*d)；其中，Δt是待测液体完全渗透过渗透板的时间，d是渗透孔的边长，F是待测液体在渗透板上的压力；F＝P*S＝ρghS，P为渗透板与渗透管接触位置的压强，ρ为待测液体的密度，h为待测液体在渗透管中的高度，S为渗透管横截面面积。
本发明一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，由恒温恒压装置和渗透发生及摄像装置组成；所述的渗透发生及摄像装置主要由渗透装置、竖直方向移动的进给装置、输液装置和高速度数码显微系统组成。所述的渗透装置包括竖板、第一横板、第二横板、底板、背板、管固定板、渗透垫板、注射器、单向阀、软管、烧杯、弹簧、渗透管和渗透板；竖板与底板固定，背板与竖板及底板均固定；第一横板与竖板和背板均固定，第二横板与竖板和背板均固定，且第一横板和第二横板在竖直方向上间隔设置，第一横板位于第二横板上方；所述的注射器固定在第一横板和第二横板之间；管固定板和背板固定；两块渗透垫板对中设置在底板上；渗透板放置在两块渗透垫板上，渗透管固定在管固定板上，渗透管上标有刻度。渗透板通过激光打标获得微孔网格。所述的进给装置主要由精密的滚珠丝杠驱动装置和角铁组成；滚珠丝杠驱动装置包括丝杆、滑台和电机；丝杆由电机驱动，并与滑台构成螺旋副；滑台与竖板构成滑动副；滑台与活塞柄固定块通过角铁固定；活塞柄固定块与注射器尾部固定；所述的输液装置包括单向阀、软管、烧杯、电磁截止阀、玻璃球和弹簧；电磁截止阀设置在注射器针头处，注射器针尖贴紧渗透管内壁；注射器的活塞开有二级阶梯通孔，二级阶梯通孔的顶部孔孔径小于底部孔孔径；玻璃球放置于底部孔内，弹簧的外端固定在底部孔内，内端压紧玻璃球；注射筒上腔与软管一端通过单向阀连接，软管另一端放于烧杯中；高速度数码显微系统采用高速摄像机进行高速摄像，采集待测液体在渗透板上的渗透时间和待测液体在渗透管中的高度，并采用处理器进行数据的处理分析，将结果输出。
所述的恒温恒压装置由外壳、压力发生及控制装置和温度发生及控制装置组成，外壳采用透明材料，使内部保持静置无风状态；压力发生及控制装置和温度发生及控制装置分别将外壳内的压强和温度保持恒定。
所述丝杆的每转进给量为1μm。
所述的微孔网格由呈矩阵分排布的渗透孔组成，渗透孔的横截面呈边长为0.1～1.5mm的正方形，相邻两渗透孔的间隔为0.1～1.5mm。
本发明的有益效果：
本发明是一种根据不同粘度、密度和压力下液体在微孔网格薄板上具有不同的透过特性，来进行渗透性检测方法；是一种通过液体透过微孔网格薄板过程高速摄像，分析计算透过时间、透过压力和透过体积等参数的方法；通过恒温恒压装置保证静置、恒湿、恒温和恒压环境；通过进给装置使渗透装置的微量注射器中的液体以稳定流速流出；通过高速度数码显微系统能够精确观察渗透装置中液体渗透的变化效果。本发明不仅操作简单，而且精度较高，在精确检测技术领域有着较大的潜在价值。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明中渗透发生及摄像装置的结构立体图；
图3为图2中A部分的局部放大图；
图4为本发明中注射器和输液装置的结构示意图；
图5为本发明中渗透板的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合附图对本发明的具体实施方案进行详细的描述。
如图1所示，一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，由恒温恒压装置和渗透发生及摄像装置组成；渗透发生及摄像装置主要由渗透装置、竖直方向移动的进给装置3、输液装置和高速度数码显微系统1组成。
其中，恒温恒压装置由外壳12、压力发生及控制装置13和温度发生及控制装置14组成，外壳12采用透明材料；压力发生及控制装置13和温度发生及控制装置14分别将外壳12内的压强和温度保持恒定(本实施例要求压强和温度保持在标准大气压下的压强和温度)。
如图2和3所示，渗透装置包括竖板2、第一横板5、第二横板8、底板16、背板17、管固定板9、渗透垫板15、注射器7、渗透管10和渗透板11；竖板2和背板17均与底板16固定，第一横板5与竖板2和背板17均固定，第二横板8与竖板2和背板17均固定，且第一横板5和第二横板8在竖直方向上间隔设置，第一横板5位于第二横板8上方；注射器7固定在第一横板5和第二横板8之间；管固定板9和背板17固定；两块渗透垫板15对中设置在底板16上；渗透板11放置在两块渗透垫板15上，便于观察渗透板上的渗透现象，渗透管10固定在管固定板9上，渗透管10上标有刻度，可直接读出液体体积。进给装置3主要由精密的滚珠丝杠驱动装置和角铁4组成；滚珠丝杠驱动装置包括丝杆、滑台和电机；丝杆由电机驱动，并与滑台构成螺旋副；滑台与竖板2构成滑动副；丝杆的每转进给量为1μm；角铁4将滑台与活塞柄固定块6固定在一起；活塞柄固定块6与注射器7尾部固定；输液装置包括单向阀18、软管19、烧杯20、电磁截止阀21、玻璃球22和弹簧23；电磁截止阀21设置在注射器7针头处，打开电磁截止阀21，启动进给装置3，进给装置3进给时，固定在滑台上的角铁4随滑台一起移动，按稳定速度进给，由于角铁4与活塞柄固定块6相固定，活塞柄固定块6与注射器7尾部固定，即可从注射器7针头处得到稳定流速的液体流，注射器7针头贴紧渗透管10内壁，液体沿渗透管10管壁流到渗透板11上，消除了液体滴落时可能产生的重力影响，提高了试验的准确性，通过高速度数码显微系统1进行观察，高速度数码显微系统1采用高速摄像机进行高速摄像，采集待测液体在渗透板11上的渗透时间和待测液体在渗透管中的高度，并采用处理器进行数据的处理分析，将结果输出。
如图4所示，注射器的活塞开有二级阶梯通孔，二级阶梯通孔的顶部孔孔径小于底部孔孔径；玻璃球22放置于底部孔内，弹簧23的外端固定在底部孔内，内端压紧玻璃球22；注射筒上腔与软管19一端通过单向阀18连接，软管19另一端放于装有待测液的烧杯20中；当按下开关，打开注射器针头处的电磁截止阀21，且活塞向下运动时，下腔液体通过电磁截止阀21流出，注射器注射液体，注射筒上腔气压比外界小，液体通过软管19和单向阀18进入注射筒上腔，同时注射筒上腔气压比下腔气压小，玻璃球22封住二级阶梯通孔，上腔液体无法流到下腔；当按下开关，关闭电磁截止阀21，且活塞向上运动时，注射筒上腔气压大于外界大气压，单向阀不导通，同时，注射筒上腔气压大于下腔气压，将玻璃球22和弹簧23压下，上腔液体流到下腔，活塞运动到注射筒顶端后，弹簧23恢复原状，玻璃球22封住二级阶梯通孔。
如图5所示，渗透板11通过激光打标获得微孔网格，微孔网格由呈矩阵排布的渗透孔组成，渗透孔的横截面呈边长为a的正方形，a在0.1～1.5mm范围内取值，相邻两渗透孔间隔为b，b在0.1～1.5mm范围内取值。
该微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，具体检测方法如下：
步骤一、针对不同待测液体的粘度、密度，选择渗透孔大小不同的渗透板11，渗透孔的横截面边长在0.1～1.5mm中选择；将渗透板置于渗透垫板15上。若待测液体粘度和密度较大、扩散性较差，为得到较好的实验结果，则选择渗透孔较大的渗透板；若待测液体粘度和密度较小、扩散性较好，则选择渗透孔较小的渗透板。
步骤二、将待测液体注入烧杯20中，调节进给装置3的进给量，将渗透发生及摄像装置放入外壳12内。
步骤三、多次(至少三次)读取压力发生及控制装置13和温度发生及控制装置14的示数，若压强和温度保持恒定(本实施例中压强和温度要求保持在恒压、恒温的标准大气压)，则进入步骤四。
步骤四、开启电磁截止阀21，启动进给装置3(电磁截止阀和进给装置的启动开关可以是设置在壳体外，也可以由无线信号控制启动)，使角铁4带动注射器7尾部运动，活塞向下运动，注射筒上腔气压比外界小，液体通过软管19和单向阀18进入注射筒上腔，同时注射筒上腔气压比下腔气压小，玻璃球22封住二级阶梯通孔，上腔液体无法流到下腔；当关闭电磁截止阀21，且活塞向上运动时，注射筒上腔气压大于外界大气压，单向阀不导通，同时，注射筒上腔气压大于下腔气压，将玻璃球22和弹簧23压下，上腔液体流到下腔，活塞运动到注射筒顶端后，弹簧23恢复原状，玻璃球22封住二级阶梯通孔。
步骤五、开启电磁截止阀21，且活塞向下运动，注射器7注射液体，液体通过渗透管10流到渗透板11上；高速度数码显微系统1进行高速摄像，采集到渗透管10中的待测液体高度和待测液体渗透时间；进行数据分析得出微量注射器注射的液体体积变化量ΔV(由待测液体高度变化量和渗透管横截面积能得到液体体积变化量)，然后计算渗透系数λ＝ΔV/(Δt*F*d)。其中，Δt是液体完全渗透过渗透板的时间，d是渗透孔的边长，F是液体在渗透板上的压力；F＝P*S＝ρghS，P为渗透板与渗透管10接触位置的压强，ρ为待测液体的密度(本实施例为在标准大气压下的密度)，h为待测液体在渗透管中的高度，S为渗透管横截面面积。
Claims (5)
1.一种微孔网格薄板型液体渗透性检测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、将渗透板置于渗透垫板上，渗透板的渗透孔横截面边长在0.1～1.5mm中选择；
步骤二、将待测液体注入烧杯中，调节进给装置的进给量，将渗透发生及摄像装置放入外壳内；所述的渗透发生及摄像装置包括进给装置和高速度数码显微系统；
步骤三、多次读取压力发生及控制装置和温度发生及控制装置的示数，若压力发生及控制装置和温度发生及控制装置分别将外壳内的压强和温度保持恒定，则进入步骤四；
步骤四、开启注射器针头处的电磁截止阀，启动进给装置，使注射器尾部运动，活塞向下运动，注射筒上腔气压比外界小，烧杯中的待测液体通过软管和单向阀进入注射筒上腔，同时注射筒上腔气压比下腔气压小，玻璃球在弹簧压力下封住活塞的二级阶梯通孔，上腔待测液体无法流到下腔；当关闭电磁截止阀，且活塞向上运动时，注射筒上腔气压大于外界大气压，单向阀不导通，同时，注射筒上腔气压大于下腔气压，将玻璃球和弹簧压下，上腔待测液体流到下腔，活塞运动到注射筒顶端后，弹簧恢复原状，玻璃球封住二级阶梯通孔；
步骤五、开启电磁阀，且活塞向下运动，注射器注射待测液体，待测液体通过渗透管流到渗透板上；高速度数码显微系统进行高速摄像，采集到渗透管中的待测液体高度和待测液体渗透时间；进行数据分析得出注射器注射的液体体积变化量ΔV，然后计算渗透系数λ＝ΔV/(Δt*F*d)；其中，Δt是待测液体完全渗透过渗透板的时间，d是渗透孔的边长，F是待测液体在渗透板上的压力；F＝P*S＝ρghS，P为渗透板与渗透管接触位置的压强，ρ为待测液体的密度，h为待测液体在渗透管中的高度，S为渗透管横截面面积。
2.一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，其特征在于：由恒温恒压装置和渗透发生及摄像装置组成；所述的渗透发生及摄像装置主要由渗透装置、竖直方向移动的进给装置、输液装置和高速度数码显微系统组成；所述的渗透装置包括竖板、第一横板、第二横板、底板、背板、管固定板、渗透垫板、注射器、单向阀、软管、烧杯、弹簧、渗透管和渗透板；竖板与底板固定，背板与竖板及底板均固定；第一横板与竖板和背板均固定，第二横板与竖板和背板均固定，且第一横板和第二横板在竖直方向上间隔设置，第一横板位于第二横板上方；所述的注射器固定在第一横板和第二横板之间；管固定板和背板固定；两块渗透垫板对中设置在底板上；渗透板放置在两块渗透垫板上，渗透管固定在管固定板上，渗透管上标有刻度；渗透板通过激光打标获得微孔网格；所述的进给装置主要由精密的滚珠丝杠驱动装置和角铁组成；滚珠丝杠驱动装置包括丝杆、滑台和电机；丝杆由电机驱动，并与滑台构成螺旋副；滑台与竖板构成滑动副；滑台与活塞柄固定块通过角铁固定；活塞柄固定块与注射器尾部固定；所述的输液装置包括单向阀、软管、烧杯、电磁截止阀、玻璃球和弹簧；电磁截止阀设置在注射器针头处，注射器针尖贴紧渗透管内壁；注射器的活塞开有二级阶梯通孔，二级阶梯通孔的顶部孔孔径小于底部孔孔径；玻璃球放置于底部孔内，弹簧的外端固定在底部孔内，内端压紧玻璃球；注射筒上腔与软管一端通过单向阀连接，软管另一端放于烧杯中；高速度数码显微系统采用高速摄像机进行高速摄像，采集待测液体在渗透板上的渗透时间和待测液体在渗透管中的高度，并采用处理器进行数据的处理分析，将结果输出。
3.根据权利要求2所述的一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，其特征在于：所述的恒温恒压装置由外壳、压力发生及控制装置和温度发生及控制装置组成，外壳采用透明材料；压力发生及控制装置和温度发生及控制装置分别将外壳内的压强和温度保持恒定。
4.根据权利要求2所述的一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，其特征在于：所述丝杆的每转进给量为1μm。
5.根据权利要求2所述的一种微孔网格薄板型液体渗透性检测装置，其特征在于：所述的微孔网格由呈矩阵分排布的渗透孔组成，渗透孔的横截面呈边长为0.1～1.5mm的正方形，相邻两渗透孔的间隔为0.1～1.5mm。
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