CN116642813A - 一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统，其中，检测方法包括：获取待测量石墨的物理参数，并将石墨放入密封装置；在密封装置的进气端通入高压气体，高压气体经过石墨并从密封装置的出气端排出；采集进气端的气压值、出气端的气压值以及出气端的流量值；根据达西定理和kozeny‑carman方程计算孔隙率。本发明通过对进出多孔质石墨材料的压强差和透气流量进行测量，能够快速计算孔隙率，同时设备使用方便、成本低，并且不损伤材料。
Description
技术领域
本发明涉及石墨检测技术领域，尤其涉及一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统。
背景技术
石墨制品具有良好的导电、导热、耐高温、耐腐蚀、自润滑性能好、化学稳定性好以及热膨胀系数低等一系列突出优点，因此多孔质石墨材料在电池、超级电容器以及静压气浮装置等领域有着广泛应用，有研究表明，多孔质石墨材料的性能主要取决于孔隙率，其权重超出所有的其他影响因素，因此，孔隙率指标对于多孔材料来说十分重要。
测量多孔质石墨材料的孔隙率的常用方法是气体吸附法，这种方法基于气体分子在孔隙中的吸附和解吸过程来计算孔隙率，这种方法可以快速、精确的测量孔隙率，并且可以同时测量孔隙大小和分布，但其设备构成复杂且投入成本高，吸附过程对于材料本身也存在一定程度的损伤。
因此，需要提供一种能够快速测量孔隙率、操作简单方便、成本低，并且不损伤材料的多孔质石墨孔隙率检测方法及系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统。
本发明技术方案如下所述：
一种多孔质石墨孔隙率检测方法，所述检测方法包括：
S1：获取待测量石墨的物理参数，并将石墨放入密封装置；
S2：在密封装置的进气端通入高压气体，高压气体经过石墨并从密封装置的出气端排出；
S3：采集进气端的气压值、出气端的气压值以及出气端的流量值；
S4：根据达西定理和kozeny-carman方程计算孔隙率，达西定理为：
q＝-(kA/μ)×(Δp/L)；
其中，q是单位时间内流过石墨的体积流量，单位是m3/s；k是石墨的渗透率，单位是m2；A是高压气体流过石墨的截面积，单位是m2；μ是高压气体的动力粘度，单位是Pa·s；Δp是高压气体通过石墨前后的气压差，单位是Pa；L是高压气体通过石墨的厚度，单位是m；
kozeny-carman方程为：
K＝(dp 2/180)×(εp 3/(1-εp)2)；
其中，K是石墨的渗透率；dp是石墨的平均颗粒直径，单位是um；εp是石墨的孔隙率。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述物理参数包括截面积、厚度以及平均颗粒直径。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，等所述高压空气稳定通过所述石墨后，再采集所述进气端的气压值、所述出气端的气压值以及所述出气端的流量值。
作为本发明的进一步改进，通过气压表采集所述进气端的气压值和所述出气端的气压值，通过流量计采集所述出气端的流量值。
一种检测系统，包括装夹装置，石墨设置在所述装夹装置内；所述装夹装置的一端通过第一管路连接空气压缩机，所述装夹装置的另一端设有第二管路；所述第一管路上设有第一气压表，所述第二管路上设有第二气压表和流量计，所述第一气压表、所述第二气压表以及所述流量计均与处理端相连。
作为本发明的进一步改进，所述石墨与所述装夹装置之间设有第一密封件。
作为本发明的进一步改进，所述装夹装置包括装夹本体，所述装夹本体上设有与所述第一管路相连的进气口和与所述第二管路相连的出气口，所述装夹本体内部设有腔室和用于承载所述石墨的承载部件，所述石墨将所述腔室分隔成靠近所述进气口的第一腔室和靠近所述出气口的第二腔室。
作为本发明的进一步改进，所述装夹本体包括通过连接件固定的第一夹具和第二夹具，所述进气口设置在所述第一夹具上，所述出气口设置在所述第二夹具上。
作为本发明的进一步改进，所述第一夹具与所述第二夹具之间设有第二密封件。
作为本发明的进一步改进，所述承载部件为环形的载板。
根据上述方案的本发明，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统，通过对进出多孔质石墨材料的压强差和透气流量进行测量，能够快速计算孔隙率，同时设备使用方便、成本低，并且不损伤材料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明装夹装置的结构示意图。
图中：1、装夹装置；11、进气口；12、出气口；13、第一腔室；14、第二腔室；15、第一夹具；16、第二夹具；17、载板；2、第一管路；3、空气压缩机；4、第二管路；5、第一气压表；6、第二气压表；7、流量计；8、处理端；9、石墨。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参见图1，本发明提供一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统，能够快速测量并计算石墨9的孔隙率，并且对石墨9不会造成损伤；同时整体系统的成本较低，在使用过程中不需要繁琐的操作步骤，方便使用。
其中检测方法包括：
S1：获取待测量的石墨9的物理参数，物理参数包括石墨9的截面积、厚度、体积以及比表面积，并将石墨9放入密封装置；
S2：在密封装置的进气端通入高压气体，高压气体经过石墨9并从密封装置的出气端排出，通入的高压气体压强根据测试需求而定，通常设定为0.5MPa；
S3：高压气体通入一定时间，等高压空气稳定通过石墨9后，再通过气压表采集进气端的气压值、出气端的气压值，通过流量计采集出气端的流量值；
S4：根据达西定理和kozeny-carman方程计算孔隙率，达西定理为：
q＝-(kA/μ)×(Δp/L)；
其中，q是单位时间内流过石墨9的体积流量，单位是m3/s；k是石墨9的渗透率，单位是m2；A是高压气体流过石墨9的截面积，单位是m2；μ是高压气体的动力粘度，单位是Pa·s；Δp是高压气体通过石墨9前后的气压差，单位是Pa；L是高压气体通过石墨9的厚度，单位是m；
kozeny-carman方程为：
K＝(dp 2/180)×(εp 3/(1-εp)2)；
其中，K是石墨9的渗透率；dp是石墨9的平均颗粒直径，单位是um；εp是石墨9的孔隙率。
本发明提供一具体实施例：体积流量q为2.5L/Min，入口压力为0.4MPa，出口压力为0.379MPa，气压差Δp为-0.021MPa，高压气体的动力粘度μ为1.89*10-5Pa·s，石墨9的截面积A为2.1*10-3m2，石墨9的厚度L为0.01m，根据达西定理，计算得出渗透率K为1.78*10- 13m2，石墨9的平均颗粒直径dp取50um，根据kozeny-carman方程计算得出孔隙率εp为20％。
一种检测系统，包括装夹装置1，石墨9设置在装夹装置1内；装夹装置1的一端通过第一管路2连接空气压缩机3，装夹装置1的另一端设有第二管路4；第一管路2上设有第一气压表5，第二管路4上设有第二气压表6和流量计7，第一气压表5、第二气压表6以及流量计7均与处理端8相连，在整个测量过程中，仅需采集第一气压表5、第二气压表6以及流量计7的测量数据，再将测量的数据传送到处理端8进行处理计算，即可得到相应的孔隙率，操作简单方便，同时系统整体的组件均为常见设备，且无特殊性，可替代性高，因此各组件的获取难度低，且获取成本低，经济实用性高。
参见图2，装夹装置1包括装夹本体，装夹本体上设有与第一管路2相连的进气口11和与第二管路4相连的出气口12，装夹本体内部设有腔室和用于承载石墨9的承载部件，优选的，承载部件为环形的载板17，石墨9将腔室分隔成靠近进气口11的第一腔室13和靠近出气口12的第二腔室14，通过第一腔室13和第二腔室14，高压空气从进气口11进入装夹装置1内后，先将第一腔室13填充满，再经过石墨9，填充满第二腔室14，最后从出气口12流出，在整个过程中，高压空气能够接触整个石墨9，并在整个石墨9内部进行流通，提高孔隙率的准确性。
优选的，装夹装置1的结构可以采用多种方式：
方式一：装夹本体为一体结构，上端设有开口以及盖板，石墨9通过开口放入装夹本体内，再盖上盖板，即安装完成；
方式二：装夹本体为一体结构，下端设有开口以及底板，石墨9通过开口放入装夹本体内，再盖上底板，即安装完成；
方式三：装夹本体为一体结构，中部设有开口以及侧封盖，石墨9通过开口放入装夹本体内，再盖上侧封盖，即安装完成；
方式四：装夹本体包括通过连接件固定的第一夹具15和第二夹具16，进气口11设置在第一夹具15上，出气口12设置在第二夹具16上，第一夹具15和第二夹具16分开，放入石墨9，再组合第一夹具15和第二夹具16，并用连接件将两者固定，即安装完成；第一夹具15和第二夹具16的位置关系不固定，可以是上下关系，也可以是左右关系，也可以是斜角关系，或其他任意连接关系；连接件可以采用多种结构，如铰链结构、钩锁结构、卡扣结构、插销结构或者其他结构的连接件。
优选的，石墨9与装夹装置1之间设有第一密封件，第一密封件既能够保证石墨9稳定的固定，又能够完全封闭石墨9四周的空气，使空气只能沿一个方向流通，并且空气只能从石墨9的内部流通，第一密封件可以是密封胶、密封垫、密封环或者其他任意形式的密封件；第一夹具15与第二夹具16之间设有第二密封件，第二密封件可以有效的防止空气从第一夹具15和第二夹具16的接触间隙中流出，提高测量的准确性，第二密封件可以是密封胶、密封垫、密封环或者其他任意形式的密封件；第一密封件与第二密封件在使用的选择上相互独立，没有强制的关联性。
综上所述，本发明提供一种多孔质石墨孔隙率检测方法及系统，通过对进出多孔质石墨材料的压强差和透气流量进行测量，根据达西定理和kozeny-carman方程能够快速计算孔隙率，同时设备使用方便、成本低，并且不损伤材料；第一腔室13和第二腔室14能够使高压空气在测量过程中接触整个石墨9，并在整个石墨9内部进行流通，提高孔隙率的准确性；第一密封件既能够保证石墨9稳定的固定，又能够完全封闭石墨9四周的空气，使空气只能沿一个方向流通，并且空气只能从石墨9的内部流通；第二密封件可以有效的防止空气从第一夹具15和第二夹具16的接触间隙中流出，提高测量的准确性。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种多孔质石墨孔隙率检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
S1：获取待测量的石墨(9)的物理参数，并将石墨(9)放入密封装置；
S2：在密封装置的进气端通入高压气体，高压气体经过石墨(9)并从密封装置的出气端排出；
S3：采集进气端的气压值、出气端的气压值以及出气端的流量值；
S4：根据达西定理和kozeny-carman方程计算孔隙率，达西定理为：
q＝-(kA/μ)×(Δp/L)；
其中，q是单位时间内流过石墨(9)的体积流量，单位是m3/s；k是石墨(9)的渗透率，单位是m2；A是高压气体流过石墨(9)的截面积，单位是m2；μ是高压气体的动力粘度，单位是Pa·s；Δp是高压气体通过石墨(9)前后的气压差，单位是Pa；L是高压气体通过石墨(9)的厚度，单位是m；
kozeny-carman方程为：
K＝(dp 2/180)×(εp 3/(1-εp)2)；
其中，K是石墨(9)的渗透率；dp是石墨(9)的平均颗粒直径，单位是um；εp是石墨(9)的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的多孔质石墨孔隙率检测方法，其特征在于，在步骤S1中，所述物理参数包括截面积、厚度以及平均颗粒直径。
3.根据权利要求1所述的多孔质石墨孔隙率检测方法，其特征在于，在步骤S3中，等所述高压空气稳定通过所述石墨(9)后，再采集所述进气端的气压值、所述出气端的气压值以及所述出气端的流量值。
4.根据权利要求3所述的多孔质石墨孔隙率检测方法，其特征在于，通过气压表采集所述进气端的气压值和所述出气端的气压值，通过流量计采集所述出气端的流量值。
5.一种基于如权利要求1所述的多孔质石墨孔隙率检测方法的检测系统，其特征在于，包括装夹装置(1)，石墨(9)设置在所述装夹装置(1)内；所述装夹装置(1)的一端通过第一管路(2)连接空气压缩机(3)，所述装夹装置(1)的另一端设有第二管路(4)；所述第一管路(2)上设有第一气压表(5)，所述第二管路(4)上设有第二气压表(6)和流量计(7)，所述第一气压表(5)、所述第二气压表(6)以及所述流量计(7)均与处理端(8)相连。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述石墨(9)与所述装夹装置(1)之间设有第一密封件。
7.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述装夹装置(1)包括装夹本体，所述装夹本体上设有与所述第一管路(2)相连的进气口(11)和与所述第二管路(4)相连的出气口(12)，所述装夹本体内部设有腔室和用于承载所述石墨(9)的承载部件，所述石墨(9)将所述腔室分隔成靠近所述进气口(11)的第一腔室(13)和靠近所述出气口(12)的第二腔室(14)。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述装夹本体包括通过连接件固定的第一夹具(15)和第二夹具(16)，所述进气口(11)设置在所述第一夹具(15)上，所述出气口(12)设置在所述第二夹具(16)上。
9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述第一夹具(15)与所述第二夹具(16)之间设有第二密封件。
10.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述承载部件为环形的载板(17)。
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