DD214444C2

DD214444C2 - Verfahren zur messung des porenvolumens und seiner aenderung

Info

Publication number: DD214444C2
Application number: DD24921883A
Authority: DD
Inventors: Roland Braun
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1987-09-23
Also published as: DD214444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seiner Änderung und dient der labortechnischen Untersuchung poröser und permeabler Proben. Ziel der Erfindung ist es, die Aussagefähigkeit und Anwendbarkeit derartiger Messungen zu erhöhen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren zu entwickeln, das die Messung des Porenvolumens und seiner Änderung unter beliebiger innerer (Porendruck) und äußerer Belastung in beliebigen Apparaturen gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Porenraum eines Probekörpers ein Gas eingespeist wird, nach Abtrennung der Gasversorgung mit dem Kolben einer Stellpumpe einer Druck- und Volumenänderung vorgenommen und nach dem Gesetz der realen Gase das Porenvolumen ermittelt wird und bei auftretenden Druckänderungen mit dem Kolben der Steilpumpe die Druckänderung ausgeglichen und damit die Porenvolumenänderung ermittelt wird. Fig. 1

Description

In das gesamte System wird aus dem Gasbereitstellungssystem 3 ein bestimmtes Volumen Gas V_Gas eingespeist, bis sich im gesamten System, einschließlich des Porenraumes des Probekörpers 1, ein definierter Druck p_E einstellt, der am Manometer 6 abgelesen werden kann. Anschließend wi^rd das Gasbereitstellungssystem 3 durch Schließen des Ventils 5 vom gesamten System getrennt. Durch Bewegung des Ko>'bens 7 der Stellpumpe 4 wird eine Volumenänderung AV_Sy im gesamten System hervorgerufen, die eine Druckänderung APe hervorruft und am Manometer 6 abgelesen werden kann. Danach kann unter Benutzung des Gesetzes realer Gase das Gesamtvolumen des Systems V_SyG bestimmt werden, wobei nachfolgend zur Vereinfachung eine isotherme Zustandsänderung idealer Gase angenommen wird. Demzufolge ergibt sich für das Gesamtvolumen des Systems:

₌ -AV^(Pe

Δρ

Vom Gesamtvolumen des Systems V_SyG is* nunmehr noch das Volumen V_Sy der Leitungen 2, Ventil 5, des Manometers 6 und der Stellpumpe 4, das zweckmäßigerweise naP^h den obengenannten Verfahrensschritten jedoch ohne Probekörper 1 ermittelt wird, zu subtrahieren, und man erhält damit da? Porenvolumen des Probekörpers 1.

Vp = V_SyG - V_Sy (2)

Durch innere (Porendruck) und äußere Belastungen können im Probekörper 1 Porenvolumenänderungen V_P auftreten, die eine Porendruckänderung p_P, die vom Manometer 6 angezeigt wird, zur Folge haben. Die Porenvolumenänderung V_P kann nunmehr nach dem Gesetz realer Gase, wobei nachfolgend eine isotherme Zustandsänderung idealer Gase angenommen wird, ermittelt werden. Demzufolge ergibt sich für die Porenvolumenänderung:

V =

<^vsyG +

p_E + Ap_E + App

Eine andere Variante zur Ermittlung der Porenvolumenänderung ist die, daß die Porendruckänderung Ap_P durch Verstellen des Kolbens 7 der Stellpumpe 4 kompensiert v/ird. Bei einer entsprechend kalibrierten Stellpumpe 4 ist es danach möglich, direkt aus der durch die Verstellung des Kolbens 7 hervorgerufenen Volumenänderung AV_SyG die Porenvolumenänderung V_P abzulesen. Durch Verstellen des Kolbens 7 der Stellp^mpe 4 kann auch eine Druckänderung Ap_P und eine Volumenänderung AV_SyG hervorgerufen werden und die Voiumenänderung im Probekörper 1 AV_P nach (3) bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch sehr geringporöse und geringpermeable Proben, die mit beliebigen Drücken beaufschlagt und in beliebigen Apparaturen eingebauter^, mit hoher Meßgenauigkeit hinsichtlich des Pore η Volumens und sei η er Änderung untersucht werden können.

Claims

Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seinerÄnderung mit Gasen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung des Porenvolumens in den Porenraum eines Probekörpers ein Gas bis zur Einstellung eines definierten Porendruckes eingespeist wird, nach Abtrennung der Gasversorgung mit einer Stellpumpe eine beliebige Volumen- und Druckänderung, die gemessen werden, vorgenommen und nach dem bekannten Gesetz realer Gase das Gesamtvolumen ermittelt und von diesem das Meßsystemvolumen subtrahiert wird und zur Bestimmung der Porenvolumenänderung ein Ausgleich der Druckänderung mit dem Kolben der Stellpumpe vorgenommen und die Porenvolumenänderung an der Stellpumpe direkt abgelesen wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seiner Änderung und dient der labortechnischen Untersuchung poröser und permeabler Proben, wie г. B. Lagerstättengesteinen oder keramischen Materialien.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus dem Maschinenbau ist ein Verfahren zur Bestimmung von Spaltvolumina (DD-PS 156291) bekannt. Durch Evakuierung einer Probe wird eine Druckdifferenz zwischen der Probe und einem Fliissigkeitsspeicher aufgebaut und derart ausgeglichen, daß die evakuierte Probe aus einem Meßzylinder.Luft nachsaugt, während gleichzeitig Meßflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher in den Meßzylinder einfließt, bis die Druckdifferenz ausgeglichen ist. Das in den Meßzylinder zugeflossene Volumen der Meßflüssigkeit entspricht dem zu messenden Spaltvolumina. Dieses mit Gasen arbeitende Verfahren besitzt die Nachteile, daß es nicht die Messung der Porenvolumenänderung zuläßt und nur unter atmosphärischen Bedingungen anwendbar ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Aussagefähigkeit und Anwendbarkeit derartiger Messungen an porösen und permeablen Proben zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Poren volumens und seinerÄnderung zu entwickeln, das die Messung des Porenvolumens und seiner Änderung an porösen und permeablen Proben unter beliebiger innerer und äußerer Belastung gewährleistet und in beliebigen Anlagen einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Porenraum einer Probe, die mit einem mit einer Stellpumpe verbundenen Meßsystem gekoppelt ist, solange ein Gas eingespeist wird, bis sich ein definierter Porendruck einstellt. Danach wird das Meßsystem von der Gasversorgung getrennt, und durch Verstellen des Kolbens der Stellpumpe wird eine Veränderung des Meßsystemvolumens vorgenommen und dadurch eine Änderung des Porendruckes bewirkt, die angezeigt werden. Aus dem ursprünglich eingestellten definierten Porendruck und der durch Verstellen des Kolbens der Stellpumpe bewirkten Meßsystemvolumen- und Porendruckänderung kann unter Berücksichtigung des Realgasfaktors und der jeweiligen Temperaturdas Gesamtvolumen nach dem Gesetz realer Gase ermittelt werden. Aus der Differenz des ermittelten Gesamtvolumens und dem durch das Meßsystem determinierten Volumen, das zweckmäßig erweise durch Versuche ohne Probe bestimmt wird, ergibt sich das Porenvolumen der Probe. Eine durch Belastungsänderung hervorgerufene Porenraumänderung bewirkt einen Druckanstieg bzw. -abfall im Meßsystem, aus dem die Porenvolumenänderung nach dem Gesetz realer Gase ermittelt werden kann. Weiterhin ist es möglich, durch Verstellung des Kolbens der Stellpumpe einen Druckausgleich bis zum eingestellten Porendruck vorzunehmen. Die Kolbenverstellung zeigt bei einer entsprechend kalibrierten Stellpumpe direkt die Porenvolumenänderung an. Des weiteren ist es möglich, den Porendruck durch Verstellung des Kolbens der Stell pum pe beliebig zu verändern und unter Benutzung der dabei auftretenden Meßsystemvolumen- und Porendruckdifferenzen nach dem Gesetz der realen Gase die entsprechende Porenvolumenänderung zu ermitteln.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In Figur 1 ist eine Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Der Probekörper 1 ist über ein Leitungssystem 2 mit einem Gasbereitstellungssystem 3 und einer Stell pum pe 4 verbunden. Am Leitungssystem 2 sind weiterhin ein Manometer 6 und ein Ventil 5 vorgesehen.