CN202583040U - 岩矿石孔隙度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种岩矿石孔隙度测量仪。是由测量仪底座上装有传感器支架，在测量仪底座的上面还放有液体容器，在传感器支架的上端装有悬挂臂，在悬挂臂的一端装有称重传感器，称重传感器的敏感端与被测物体挂钩连接，称重传感器通过信号线与测量仪电路装置连接，被测物体挂钩通过被测物吊线与被测物体相连接构成。测量电路采用放大、模数转换一体的集成电路，简化了模拟处理电路，提高了系统的稳定性及测量精度，降低了成本；解决了不规则形状固体的孔隙度测量的难题，具有智能化程度高、测量准确、操作便捷、自动实时显示孔隙度值和可进行数据统计等优点。

Description

岩矿石孔隙度测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种固体物的孔隙测量，尤其是岩矿石的孔隙度测量装置 

背景技术

现有的测量孔隙度的方法主要有温压下气体波尔定律法、天然氡气法和称量法，测量仪器的种类较少。前两种方法主要通过检测人为注气或天然放射气体经过岩石前后的气压或气体的变化来确定岩石孔隙度，这两种方案均对测量仪器的密封性要求较高、仪器较昂贵、体积笨重、测量速度慢、功耗高等缺点。至于采用称量法的测量仪，克服了上述方法的缺点，其小巧轻便、功耗低。市面上已有一些采用该方法的测量仪，但其智能化程度和精度均是这些仪器的致命弱点，特别是在需要测量大量矿石样本的场合，使用这些仪器效率非常低下，很容易造成操作人员的疲劳，大大增加了带来粗大误差的可能性。很明显，前两种方法已经不适应野外实地测量的小巧、低功耗的需求，第三种虽然满足，但必须用更加现代化的测量装置来改进测量的效率和精度。 

岩矿石的孔隙度是油田勘探与开发的重要参数，也是地下水勘探与开发的重要参数，是估算储量，分析油田或地下水开采情况的基础。 

发明内容

本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种对岩石孔隙度、体积、密度等测量的岩矿石孔隙度测量仪。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的： 

岩矿石孔隙度测量仪，是基于阿基米德原理将所要物体的体积比转换为重量比，从而求得岩矿石的孔隙度，是由测量仪底座5上垂直装有传感器支架4，在测量仪底座5的上面还放有液体容器9，在传感器支架4的上端装有悬挂臂2，在悬挂臂2的一端装有称重传感器，称重传感器的敏感端与被测物体挂钩3连接，称重传感器通过信号线6与测量仪电路装置连接，被测物体挂钩3通过被测物吊线7与被测物体8相连构成。 

测量仪电路装置1中的测量仪电路是由带有程控放大滤波器的A/D经单片机系统分别连接USB接口和FLASH存储器，键盘经单片机系统与LCD显示连接构成。 

有益效果：称重传感器可分别采用不同量程的称重传感器与测量电路连接，从而提高被测物体的重量范围和密度测量精度；测量电路采用放大、模数转换一体的集成电路，简化了模拟处理电路，提高了系统的稳定性及测量精度，降低了成本；微处理器采用了内部带有大容量存储器的单片机，有利于嵌入式操作系统的运行。外部FLASH存储器可保存大量的测量结果，省略了每次测量需要人工记 录的过程，减少了人工记录的人为偏差；键盘、液晶显示器是该测量仪的人机交互部分，显示器采用点阵式液晶显示器，处理过程使用菜单方式；接口电路采用USB接口，可将FLASH芯片内保存的测量结果传送给计算机，以便于计算机进行高级的数据处理。整个测量仪，采用了先进的传感器、单片机技术及嵌入式操作系统编程，解决了不规则形状固体的孔隙度测量的难题，具有智能化程度高、测量准确、操作便捷、自动实时显示孔隙度值和可进行数据统计等优点。 

附图说明

附图1是岩矿石孔隙度测量仪的结构框图， 

附图2是附图1中电路装置的电路结构框图。 

附图3是附图2中单片机系统中的MSP430F149结构框图。 

附图4是附图2中单片机系统与AD7706接口原理图。 

附图5是附图2中LCD显示器与单片机系统接口原理图。 

附图6是附图2中USB接口中的芯片结构图。 

附图7是附图2中USB接口电路与单片机系统的接口图。 

具体实施方式 

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明： 

基本原理： 

岩石的孔隙度是指岩石中未被固体物质充填的空间体积Vp与岩石总体积Vb的比值。用希腊字母Φ表示，其表达式为： 

Φ＝V孔隙/V岩石×100％＝Vp/Vb×100％ 

在测量密度时，首先测量干样固体标本在空气中的重量，其次将固体标本浸没在装有水的容器中，测量固体受水浮力后的重量，再其次测量标本浸水饱和取出后的重量，根据阿基米德浮力定律可求出固体标本的孔隙度[3]。 

设固体标本的质量为M、体积为Vb，孔隙体积为Vp，根据阿基米德原理及孔隙度定义，有： 

如果固体标本在空气中的重量为：P1＝Mg，在水中的重量为：P2＝(M-M0)g，孔隙内水的重量为：P4＝P3-P1，P3表示标本浸水饱和捞出后的重量，浸没在水中前后的重量差为：P1-P2＝M0g，其中g表示重力加速度，M0表示与固体标本同体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律，不规则固体的体积为： 

$V_b=\frac{M_0}{{\mathrm{\σ}}_0}=\frac{P_1-P_2}{{\mathrm{\σ}}_0\·g}$

固体中未被固体物质充填的空间体积为： 

$V_p=\frac{P_4}{{\mathrm{\σ}}_0\·g}=\frac{P_3-P_1}{{\mathrm{\σ}}_0\·g}$

则不规则固体标本的的孔隙度为： 

$\mathrm{\Φ}=V_p/V_b\×100\%=\frac{P_3-P_1}{{\mathrm{\σ}}_0\·g}/\frac{P_1-P_2}{{\mathrm{\σ}}_0\·g}\×100\%=(P_3-P_1)/(P_1-P_2)\×100\%$

由上式可知，分别测量出干样固体标本在空气中的重量，固体标本浸没在水中受水浮力后的重量，标本浸水饱和取出后的重量即可得出岩矿石标本的孔隙度。 

式中的g为重力加速度；vp为固体中未被固体物质充填的空间体积；vb为不规则固体的体积；σ₀为被测物体的密度。 

本实用新型可测量的孔隙度范围为0.5％～45％，质量范围为50～1000g，体积范围：10～500cm3的岩矿石，是一种智能化程度高、测量准确、操作便捷的新型岩矿石孔隙度仪。 

实施例 

岩矿石孔隙度测量仪整体设计图如图1，岩矿石孔隙度测量仪，是基于阿基米德原理将所要物体的体积比转换为重量比，从而求得岩矿石的孔隙度，是由测量仪底座5上垂直装有传感器支架4，在测量仪底座5的上面还放有液体容器9，在传感器支架4的上端装有悬挂臂2，在悬挂臂2的一端装有称重传感器，称重传感器的敏感端与被测物体挂钩3连接，称重传感器通过信号线6与测量仪电路装置连接，被测物体挂钩3通过被测物吊线7与被测物体8相连构成。 

测量仪电路装置1中的测量仪电路是由带有程控放大滤波器的A/D经单片机系统分别连接USB接口和FLASH存储器，键盘经单片机系统与LCD显示连接构成。 

数据采集单元包括称重传感器108AA，支架，底座，连接线等。人机交互单元由键盘模块和液晶显示模块构成。由称重传感器采集重力信号，经过图4带程控放大作用的AD7706实现模数转换后将重力信号送入图3的微处理器MSP430F149进行处理，并将结果在LCD显示器进行实时显示。键盘模块主要完成测量任务的选择，方便人机交互；接口电路采用USB接口，可将FLASH芯片内保存的测量结果传送给计算机，以便于计算机进行高级的数据处理。 

测量主要完成固体的孔隙度、密度、体积和质量测量功能。数据查询务提供样本信息和测量结果查询服务。数据传输则完成与PC机间的通信。样本统计提供对测量结果作平均值、均方值等数据处理，系统校正主要负责对传感器进行校正。 

系统人机对话的功能在菜单中实现。菜单有五个选项：开始测量、数据查询、数据传输、样本统计以及系统校正，用户通过菜单选择相应的功能。 

测量过程：首先请求用户输入与样本相关的信息，如样本号、测量日期、组号、工作方式等。样本号可以使用户分辨数据对应的是哪个样本，组号为后面的数据统计提供一个标识，工作方式实际上是对测量何种物理量的设置，由于本仪器可以测量样本孔隙度、密度、体积和质量，用户在这里加以设置就可以得到样本相应参数的测量结果。用户输入信息结束后，系统按照设置提示用户按步骤进 行操作，将被测物按照图1固定好后，由称重传感器采集重力信号。为使输入的信号足够大便于微处理器处理，需要将传感器信号进行放大和AD转换。称重传感器108AA的信号线接入AD7706的6脚和8脚，9脚和10脚为参考输入电压，13脚为串行数据输出端。微处理器接收到信号之后就可以进行数据处理了。处理后的数据有单片机通过数据线送到液晶进行显示。直到测量结束后显示测量结果，然后询问用户是否保存本次测量结果。 

Claims (2)

1.一种岩矿石孔隙度测量仪，是基于阿基米德原理将所要物体的体积比转换为重量比，从而求得岩矿石的孔隙度，其特征在于，是由测量仪底座(5)上垂直装有传感器支架(4)，在测量仪底座(5)的上面还放有液体容器(9)，在传感器支架(4)的上端装有悬挂臂(2)，在悬挂臂(2)的一端装有称重传感器，称重传感器的敏感端与被测物体挂钩(3)连接，称重传感器通过信号线(6)与测量仪电路装置连接，被测物体挂钩(3)通过被测物吊线(7)与被测物体(8)相连构成。

2.按照权利要求1所述的岩矿石孔隙度测量仪，其特征在于，测量仪电路装置(1)中的测量仪电路是由带有程控放大滤波器的A/D经单片机系统分别连接USB接口和FLASH存储器，键盘经单片机系统与LCD显示连接构成。

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