CN108051350A - 一种多孔材料渗透性测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔材料渗透性测试装置及测试方法。本发明的一种多孔材料渗透性测试装置，包括液体供应模块、样品测试模块和数据采集模块。本发明的多孔材料渗透性测试方法为基于所述的一种多孔材料渗透性测试装置测试多孔材料渗透性的方法。本发明操作方法简单，结果通过数据采集仪采集后传输到计算机中，计算机自动通过既定程序计算得到测试结果，结果显示直观、方便。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种多孔材料渗透性测试装置及测试方法。
背景技术
多孔材料在功能材料领域具有重要作用，多孔材料渗透率的大小由流体属性和多孔介质的结构与性能参数决定。由于多孔介质具有高孔隙率，孔径大且不均匀和三维网状的结构特点以及独特的超疏水浸润性能，流体流经多孔材料会表现出独特的流动规律。多孔材料作为多孔流场板广泛应用于甲醇燃料电池及其研究中，如果渗透率太小，液体传质阻力将会变大，可能造成电池燃料供给不足而影响电池性能的情况。另一方面，如果渗透率过高，将不能有效起到阻碍流体传递抑制甲醇穿透的作用，同样不利于电池性能提高。由于多孔材料渗透率对于多孔材料性能具有重要影响，多孔材料应用的广泛性要求我们必须了解其渗透性能，因此，有必要研究多孔材料的渗透率从而为电池流场设计提供参考依据。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种多孔材料渗透性测试装置。
本发明的目的还在于提供基于所述的一种多孔材料渗透性测试装置测试多孔材料渗透性的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种多孔材料渗透性测试装置，包括液体供应模块、样品测试模块和数据采集模块；
所述液体供应模块包括储液箱、齿轮泵以及流量计；所述储液箱的出口端通过管道与齿轮泵的进口端连接，齿轮泵的出口端通过管道与流量计的进口端连接；在齿轮泵的与流量计连接的管道上设置有截止阀；
液体供应模块中，截止阀用于控制管道中液体的流动；齿轮泵为管道中液体的流动提供动力并对液体的流动规律进行调节；储液箱用于储存测试用液体并确保所储存液体足以填充满整个测试装置，以保证测量的准确性；
所述样品测试模块为装夹式测试模块，包括中间部位有通孔的两片装夹式有机玻璃片，两片装夹式有机玻璃片之间垫有硅胶垫片，并通过螺栓和螺母合模，在两片装夹式有机玻璃片的合模处安装待测多孔材料；样品测试模块中，其中的一片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔为样品测试模块的进液端，另一片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔为样品测试模块的出液端；通过带螺纹的紧固件将两片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔分别与进液端管道以及出液端管道进行密封连接，两片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔均攻有与紧固件的螺纹旋和的内螺纹，且旋和处均使用密封硅胶密封；
所述流量计的出口端通过进液端管道与样品测试模块的进液端连接；
流量计用于测量进入样品测试模块进液端的液体流量；模块连接管道与流量计的出口端和样品测试模块的进液端的连接均为密封连接，防止液体渗出，确保结果的准确性；
所述数据采集模块包括压差变送器、数据采集仪和计算机；所述压差变送器的测试点安装在样品测试模块的进液端管道和出液端管道上，用于获取样品测试模块的进液端和出液端的压力差；所述数据采集仪连接压差变送器和计算机，用于将压差变送器采集到的压力差以数值的形式传送到计算机中进行后续处理。
进一步地，两片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔的截面形状为矩形或圆形。
进一步地，所述样品测试模块的出液端管道通过回流管道与储水箱连通。
进一步地，所述计算机内安装有计算渗透率的软件，能够快速将经数据采集仪传输过来的数值信息进行分析计算，再结合包括管道内壁直径在内的已有信息，获得多孔材料的渗透率。
基于上述任一项所述的一种多孔材料渗透性测试装置测试多孔材料渗透性的方法，包括如下步骤：
（1）将所述多孔材料渗透性装置连接完毕，再将待测多孔材料安装在样品测试模块的两片装夹式有机玻璃片的合模处；
（2）在储液箱中注入测试液，打开齿轮泵和截止阀，使测试液在装置内流动直至充满整个装置；
（3）开启压差变送器，测量样品测试模块的进液端和出液端的压力差，数据采集仪将压差变送器采集到的压力差以数值的形式传送到计算机中进行后续处理；改变测试液的流量，得到待测多孔材料的压降-流量曲线，通过计算机分析计算，得到多孔材料的渗透率。
进一步地，所述测试液采用去离子水。
进一步地，样品测试模块中，待测多孔材料的尺寸大于装夹式有机玻璃片中间部位的通孔的截面尺寸，待测多孔材料与两片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔同轴心。
测试过程中，待测多孔材料安装在两片装夹式有机玻璃片的合模处，且待测多孔材料的安装充分贴合，并以与装夹式有机玻璃片中间部位的通孔对应的部位为测试部位，测试用液体从样品测试模块的进液端进入，通过多孔材料，再从样品测试模块的出液端流出，保证所有的液体都流经多孔材料，没有液体从被测样品侧边流过，从而保证测试结果的可靠性。
进一步地，硅胶垫片的厚度大于多孔材料的厚度，因为硅胶垫片受力后易变形，厚度会变小，厚度不够就起不到密封的作用。
多孔材料在相应液体透过条件下的渗透率反映了多孔材料在相应液体透过条件下的渗透性，通过测量多孔材料的渗透率，从而得知多孔材料的渗透性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明多孔材料渗透性测试装置简单，采用压差变送器进行测量，同时采用采用数据采集仪连接压差变送器和计算机进行数据输送，最后计算机自动通过既定程序计算得到测试结果，结果显示直观，测量结果准确；
（2）本发明方法简单，采用计算机直接处理测试结果并生成所需分析的压降-流量曲线图像，使得结果更加直观、方便。
附图说明
图1 为本发明的一种多孔材料渗透性测试装置安装了待测多孔材料的示意图；
图2为本发明的一种多孔材料渗透性测试装置中的样品测试模块安装了待测多孔材料的结构示意图；
图3为本发明的一种多孔材料渗透性测试装置中的样品测试模块的装夹式有机玻璃片的结构示意图；
图4为本发明的一种多孔材料渗透性测试装置中的样品测试模块的硅胶垫片的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但本发明的实施方式及保护范围不限于此。
如图1所示，为本发明的一种多孔材料渗透性测试装置安装了待测多孔材料的示意图，包括液体供应模块、样品测试模块1和数据采集模块；
液体供应模块包括储液箱5、齿轮泵4以及流量计2；储液箱5的出口端通过管道与齿轮泵4的进口端连接，齿轮泵4的出口端通过管道与流量计2的进口端连接；在齿轮泵4的与流量计2连接的管道上设置有截止阀3；
样品测试模块1为装夹式测试块，结构示意图如图2所示，包括中间部位有通孔的两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2），两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）之间垫有硅胶垫片1-3，并通过螺栓1-6和螺母1-7合模，在两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）的合模处安装待测多孔材料1-4；
样品测试模块1中，其中的一片装夹式有机玻璃片1-1中间部位的通孔为样品测试模块的进液端，另一片装夹式有机玻璃片1-2中间部位的通孔为样品测试模块的出液端；通过带螺纹的紧固件1-5将两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔分别与进液端管道以及出液端管道进行密封连接，两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔均攻有与紧固件1-5的螺纹旋和的内螺纹，且旋和处均使用密封硅胶密封；
两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔的截面均为圆形，通孔的尺寸小于待测多孔材料1-4的尺寸，待测多孔材料1-4与两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔同轴心；
具体的，采用的装夹式有机玻璃片的结构示意图以及采用的硅胶垫片的结构示意图分别如图3和图4所示；装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）的尺寸均为60mm*60mm*6mm，中间均攻有M16内螺纹通孔，四周相同位置均有直径为6mm螺栓孔；而硅胶垫片1-3的厚度为3mm，中间通孔直径为18mm，四周与装夹式玻璃片相应位置有直径为6.5mm的通孔，便于使用螺栓1-6将两片装夹式玻璃片（1-1、1-2）与硅胶垫圈（1-3）紧密连接到一起；待测多孔材料1-4的形状与硅胶垫片1-3中间空腔的形状一致，易于密封，且硅胶垫片1-3的厚度大于待测多孔材料1-4的厚度，防止液体渗漏；
流量计2的出口端通过进液端管道9与样品测试模块1的进液端连接；
数据采集模块包括压差变送器6、数据采集仪7和计算机8；压差变送器6的测试点安装在样品测试模块1的进液端管道和出液端管道上，用于获取样品测试模块1的进液端和出液端的压力差；数据采集仪7连接压差变送器6和计算机8，用于将压差变送器6采集到的压力差以数值的形式传送到计算机8中进行后续处理；计算机8内安装有计算渗透率的软件，能够快速将经数据采集仪7传输过来的数值信息进行分析计算，再结合包括管道内壁直径在内的已有信息，获得多孔材料的渗透率；
在样品测试模块1的出液端管道通过回流管道与储水箱5连通。
采用所述的装置用于测量包括多孔铜纤维毡的多孔材料的渗透性。
实施例1
采用上述所述的装置测试多孔材料渗透性的方法，具体步骤如下：
（1）将所述多孔材料渗透性装置连接完毕，再将待测多孔材料安装在样品测试模块的两片装夹式有机玻璃片的合模处；
（2）在储液箱中注入去离子水，打开齿轮泵和截止阀，使去离子水在装置内流动直至充满整个装置；
（3）开启压差变送器，测量样品测试模块的进液端和出液端的压力差，数据采集仪将压差变送器采集到的压力差以数值的形式传送到计算机中进行后续处理；改变去离子水的流量，得到待测多孔材料的压降-流量曲线，通过计算机分析计算，得到多孔材料的渗透率。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改进、变形、替换、修饰等，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多孔材料渗透性测试装置，其特征在于，包括液体供应模块、样品测试模块（1）和数据采集模块；
所述液体供应模块包括储液箱（5）、齿轮泵（4）以及流量计（2）；所述储液箱（5）的出口端通过管道与齿轮泵（4）的进口端连接，齿轮泵（4）的出口端通过管道与流量计（2）的进口端连接；在齿轮泵（4）的与流量计（2）连接的管道上设置有截止阀（3）；
所述样品测试模块（1）为装夹式测试模块，包括中间部位有通孔的两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2），两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）之间垫有硅胶垫片（1-3），并通过螺栓（1-6）和螺母（1-7）合模，在两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）的合模处安装待测多孔材料（1-4）；样品测试模块（1）中，其中的一片装夹式有机玻璃片（1-1）中间部位的通孔为样品测试模块（1）的进液端，另一片装夹式有机玻璃片（1-2）中间部位的通孔为样品测试模块（1）的出液端；通过带螺纹的紧固件（1-5）将两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔分别与进液端管道以及出液端管道进行密封连接，两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔均攻有与紧固件（1-5）的螺纹旋和的内螺纹，且旋和处均使用密封硅胶密封；
所述流量计（2）的出口端通过进液端管道（9）与样品测试模块（1）的进液端连接；
所述数据采集模块包括压差变送器（6）、数据采集仪（7）和计算机（8）；所述压差变送器（6）的测试点安装在样品测试模块（1）的进液端管道和出液端管道上，用于获取样品测试模块（1）的进液端和出液端的压力差；所述数据采集仪（7）连接压差变送器（6）和计算机（8），用于将压差变送器（6）采集到的压力差以数值的形式传送到计算机（8）中进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的一种多孔材料渗透性测试装置，其特征在于，两片装夹式有机玻璃片（1-1、1-2）中间部位的通孔的截面形状为矩形或圆形。
3.根据权利要求1所述的一种多孔材料渗透性测试装置，其特征在于，所述样品测试模块（1）的出液端管道通过回流管道与储液箱（5）连通。
4.根据权利要求1所述的一种多孔材料渗透性测试装置，其特征在于，所述计算机（8）内安装有计算渗透率的软件，能够快速将经数据采集仪（7）传输过来的数值信息进行分析计算，再结合包括管道内壁直径在内的已有信息，获得多孔材料的渗透率。
5.基于权利要求1~4任一项所述的一种多孔材料渗透性测试装置测试多孔材料渗透性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述多孔材料渗透性装置连接完毕，再将待测多孔材料安装在样品测试模块的两片装夹式有机玻璃片的合模处；
（2）在储液箱中注入测试液，打开齿轮泵和截止阀，使测试液在装置内流动直至充满整个装置；
（3）开启压差变送器，测量样品测试模块的进液端和出液端的压力差，数据采集仪将压差变送器采集到的压力差以数值的形式传送到计算机中进行后续处理；改变测试液的流量，得到待测多孔材料的压降-流量曲线，通过计算机分析计算，得到多孔材料的渗透率。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述测试液采用去离子水。
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，样品测试模块中，待测多孔材料的尺寸大于装夹式有机玻璃片中间部位的通孔的截面尺寸，待测多孔材料与两片装夹式有机玻璃片中间部位的通孔同轴心。
8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，硅胶垫片的厚度大于待测多孔材料的厚度。
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