RU2677259C1 - Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method - Google Patents

Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method Download PDF

Info

Publication number
RU2677259C1
RU2677259C1 RU2018108494A RU2018108494A RU2677259C1 RU 2677259 C1 RU2677259 C1 RU 2677259C1 RU 2018108494 A RU2018108494 A RU 2018108494A RU 2018108494 A RU2018108494 A RU 2018108494A RU 2677259 C1 RU2677259 C1 RU 2677259C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solvent
diffusion coefficient
pulsed
signal
galvanic
Prior art date
Application number
RU2018108494A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Павлович Беляев
Максим Павлович Беляев
Павел Серафимович Беляев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority to RU2018108494A priority Critical patent/RU2677259C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2677259C1 publication Critical patent/RU2677259C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to the measuring equipment and can be used in the mass transfer processes studying and to determine the solvents in orthotropic capillary-porous materials diffusion coefficients in the paper, light, construction and other industries. Claimed method of the solvents diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining, which consists in the fact that in the studied sheet material developing the distributed in the solid phase solvent uniform initial content. Then placing the studied material on a flat substrate from the solvent-impermeable material. Waterproofing the material upper surface and, at the initial moment of time, performing the material under investigation pulsed wetting in a straight line by the constant performance solvent moving source in the orthotropic material given direction. Executing the galvanic converter electrodes in the form of straight line segments and placed on the pulsed wetting line both sides on the pulsed wetting straight, parallel lines, located at the same predetermined distance from it. Wherein the diffusion coefficient measurement is carried out under the condition of the galvanic sensor maximum signal Ereaching in the experiment, making 0.75–0.95 of this signal Emaximum possible value, corresponding to the solvent transition from the associated with the material under study solid phase region into the free state region. Fixing points in time τand τ, at which the galvanic sensor signals same values Eand Eare achieved from the range (0.7–0.9) Eon the signal change with time curve ascending and descending branches, respectively. Diffusion coefficient calculation is performed by the formula:where xis the distance between the pulsed wetting line and the distance to the galvanic converter electrodes location line.EFFECT: increase in the diffusion coefficient control accuracy.1 cl, 2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Ортотропные материалы характеризуются существенным различием свойств в перпендикулярных направлениях, например, вдоль и поперек волокон, в машинном и поперечном направлениях бумаги.The invention relates to measuring technique and can be used to study the processes of mass transfer and to determine the diffusion coefficients of solvents in orthotropic capillary-porous materials in paper, light, construction and other industries. Orthotropic materials are characterized by a significant difference in properties in the perpendicular directions, for example, along and across the fibers, in the machine and transverse directions of the paper.

Известен способ определения коэффициента массопроводности и потенциалопроводности массопереноса (А.С. 174005, кл. G01k N 421, 951, 1965), заключающийся в импульсном увлажнении слоя материала и измерении на заданном расстоянии от этого слоя изменения влагосодержания материала во времени. Коэффициент массопроводности вычисляется по установленной зависимости. Недостатком этого способа являются осуществление разрушающего контроля опытного образца при размещении датчиков во внутренних слоях исследуемого тела, большая трудоемкость метода при подготовке образцов, необходимость индивидуальной градуировки датчиков по каждому материалу.A known method for determining the coefficient of mass conductivity and potential conductivity of mass transfer (A.S. 174005, class G01k N 421, 9 51 , 1965), which consists in pulsed wetting of a layer of material and measuring at a given distance from this layer changes in the moisture content of the material over time. The mass conductivity coefficient is calculated according to the established dependence. The disadvantage of this method is the implementation of destructive testing of the prototype when placing the sensors in the inner layers of the test body, the great complexity of the method in preparing the samples, the need for individual calibration of the sensors for each material.

Наиболее близким является способ определения коэффициента влагопроводности листовых ортотропных капиллярно-пористых материалов (патент РФ на изобретение №2497099, G01N 15/08, 27.10.2013, Бюл. №30), заключающийся в создании равномерного начального влагосодержания в исследуемом изделии, импульсном увлажнении исследуемого изделия по прямой линии движущимся источником влаги постоянной производительности в заданном направлении ортотропного материала, выполнении электродов гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков и расположении их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения и на одинаковом заданном расстоянии от нее, измерении изменения ЭДС гальванического преобразователя во времени, фиксировании момента достижения кривой изменения ЭДС своего максимума и расчете по нему искомого коэффициента влагопроводности по установленной зависимости.The closest is a method for determining the moisture conductivity coefficient of sheet orthotropic capillary-porous materials (RF patent for the invention No. 2497099, G01N 15/08, 10/27/2013, Bull. No. 30), which consists in creating a uniform initial moisture content in the test product, pulse wetting of the test product in a straight line with a moving source of moisture of constant productivity in a given direction of an orthotropic material, the electrodes of the galvanic converter are made in the form of straight segments and them on both sides of the pulsed humidification line on straight lines parallel to the pulsed humidification line and at the same given distance from it, measuring the change in the EMF of the galvanic converter over time, fixing the moment when the curve of the change in EMF reaches its maximum and calculating the desired moisture conductivity coefficient from it according to the established dependence.

Недостатками этого способа являются невысокая точность, причинами которой являются:The disadvantages of this method are the low accuracy, the reasons for which are:

1. Низкая чувствительность применяемого преобразователя при недостаточной или завышенной дозе вносимой влаги при импульсном воздействии. При измерении коэффициента диффузии по данному способу существует большая вероятность того, что получаемые в эксперименте кривые изменения сигнала гальванического преобразователя во времени крайне затруднительно использовать для определения искомого коэффициента диффузии, т.к. эти изменения могут находиться на начальном участке статической характеристики гальванического преобразователя в области малых концентраций с нестабильным сигналом (фигура 1, кривая 4), на конечном участке статической характеристики в области высоких концентраций с крайне низкой чувствительностью преобразователя или в области свободного состояния растворителя в капиллярно-пористом теле, где чувствительность вообще отсутствует (фигура 1, кривая 1).1. Low sensitivity of the used transducer in case of insufficient or overestimated dose of introduced moisture during pulsed exposure. When measuring the diffusion coefficient by this method, there is a high probability that the experimentally obtained curves of the change in the signal of the galvanic converter over time are extremely difficult to use to determine the desired diffusion coefficient, since these changes can be in the initial section of the static characteristic of the galvanic converter in the low concentration region with an unstable signal (figure 1, curve 4), in the final section of the static characteristic in the high concentration region with extremely low sensitivity of the converter or in the region of the free state of the solvent in the capillary-porous body, where sensitivity is generally absent (figure 1, curve 1).

2. Необходимость определения момента достижения максимума на кривой изменения ЭДС, где производная ЭДС по времени близка к нулю, и наблюдается недостаточная чувствительность измеряемого параметра к изменению времени.2. The need to determine when the maximum is reached on the EMF curve, where the derivative of the EMF in time is close to zero, and there is insufficient sensitivity of the measured parameter to the time change.

Техническая задача предлагаемого технического решения предполагает повышение точности контроля коэффициента диффузии.The technical task of the proposed technical solution involves improving the accuracy of control of the diffusion coefficient.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала гальванического датчика Emax, составляющего 0,75 - 0,95 от максимально возможного значения данного сигнала Ее, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния, фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического датчика Е1 и Е2 из диапазона (0,7 - 0,9) Ее соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле:The technical problem is achieved by the fact that in the method for determining the diffusion coefficient of solvents in sheet products from capillary-porous materials, the diffusion coefficient is measured provided that in the experiment the maximum signal of the galvanic sensor E max is between 0.75 and 0.95 of the maximum possible value of this signal E e , corresponding to the transition of the solvent from the region of the material under study connected with the solid phase to the region of the free state, the time instants τ 1 and τ 2 are fixed at which The same values are achieved for the signals of the galvanic sensor E 1 and E 2 from the range (0.7 - 0.9) E e, respectively, on the ascending and descending branches of the signal change curve in time, and the diffusion coefficient is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где х0 - расстояние между линией импульсного увлажнения и расстоянием до линии расположения электродов гальванического преобразователя.where x 0 is the distance between the line of pulsed humidification and the distance to the line of the electrodes of the galvanic converter.

Причем, если после нанесения импульса дозой растворителя максимальное значение сигнала гальванического преобразователя Emax наблюдается за пределами диапазона (0,75 - 0,95)Ee, то ожидают снижение сигнала преобразователя до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, причем эту процедуру повторяют до вхождения максимального значения сигнала преобразователя в указанный диапазон, после чего рассчитывают искомый коэффициент диффузии.Moreover, if after applying the pulse with a dose of solvent, the maximum value of the signal of the galvanic converter E max is observed outside the range (0.75 - 0.95) E e , then the signal of the converter is expected to decrease to the initial value, and then a new pulse effect with an increased or decreased dose solvent, and this procedure is repeated until the maximum value of the converter signal falls within the specified range, after which the desired diffusion coefficient is calculated.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: исследуемый образец из листового ортотропного капиллярно-пористого материала с равномерным начальным распределением растворителя (в том числе и нулевым) помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, например фторопласта. К поверхности образца прижимается зонд с импульсным линейным источником растворителя и расположенными с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения и на заданном расстоянии от нее электродов гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков. Зонд имеет прямолинейный паз, в котором может перемещаться движущийся источник растворителя постоянной производительности. После подачи линейного импульса растворителя источник растворителя удаляется из зонда, прямолинейный паз герметизируется заглушкой, а сам зонд обеспечивает гидроизоляцию поверхности образца в зоне действия источника и прилегающей к ней области контроля распространения растворителя. После подачи импульса растворителя (мгновенного увлажнения линии поверхности изделия) фиксируют два момента времени τ1 и τ2, при которых достигаются равные значения сигнала гальванического преобразователя соответственно до и после момента наступления максимума сигнала преобразователя, рассчитывают коэффициент диффузии растворителя в исследуемом материале по установленной зависимости, что обеспечивает повышение точности контроля.The essence of the proposed method is as follows: the test sample from a sheet of orthotropic capillary-porous material with a uniform initial distribution of the solvent (including zero) is placed on a flat substrate of a solvent-impermeable material, for example fluoroplastic. A probe with a pulsed linear source of solvent and pulsed humidification lines located on both sides on straight lines parallel to the pulsed humidification line and at a given distance from it of the electrodes of the galvanic converter in the form of rectilinear segments is pressed against the surface of the sample. The probe has a straight groove in which a moving source of solvent of constant productivity can move. After applying a linear pulse of the solvent, the solvent source is removed from the probe, the straight groove is sealed with a plug, and the probe itself provides waterproofing of the surface of the sample in the source area and the adjacent solvent distribution control area. After applying a solvent pulse (instantaneous wetting of the product surface line), two time instants τ 1 and τ 2 are recorded, at which equal values of the galvanic converter signal are achieved, respectively, before and after the peak of the converter signal, the diffusion coefficient of the solvent in the test material is calculated from the established dependence, which provides improved control accuracy.

Для обеспечения контроля коэффициента диффузии в различных направлениях ортотропного материала линию импульсного воздействия ориентируют в заданном направлении материала (например, при исследовании бумаги - в машинном или поперечном направлении). При этом обеспечивается однонаправленный массоперенос в нужном направлении, не искаженный массопереносом в перпендикулярном к исследуемому направлении.To ensure control of the diffusion coefficient in different directions of the orthotropic material, the impulse line is oriented in a given direction of the material (for example, when examining paper in the machine or transverse direction). This provides unidirectional mass transfer in the desired direction, not distorted by mass transfer in the direction perpendicular to the studied direction.

Процесс распространения растворителя в плоском изделии из листового материала после нанесения линейного импульса при условии, что минимальные размеры линии импульсного воздействия превышают (20x0 + l), а минимальные размеры плоскости изделия относительно линии импульсного воздействия превышают (20х0 + l) × (20х0 + l), где х0 - расстояние от линии импульсного источника до прямой; на которой расположены электроды гальванического преобразователя, l -длина электродов гальванического преобразователя; аналогичен распространению диффузанта в неограниченной среде при нанесении импульсного воздействия от плоского источника массы. При этом массоперенос может описываться краевой задачей:

Figure 00000002
The process of solvent propagation in a flat sheet metal product after applying a linear pulse, provided that the minimum dimensions of the pulse line exceed (20x 0 + l) and the minimum dimensions of the product plane relative to the pulse line exceed (20x 0 + l) × (20x 0 + l), where x 0 is the distance from the line of the pulse source to the line; on which the electrodes of the galvanic converter are located, l is the length of the electrodes of the galvanic converter; similar to diffusant propagation in an unlimited medium when applying a pulsed action from a plane source of mass. In this case, mass transfer can be described by a boundary value problem:
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где U(x, τ) - концентрация растворителя в исследуемом изделии на расстоянии х от линейного источника импульса массы в момент времени τ; D - коэффициент диффузии;

Figure 00000004
- дельта-функция Дирака; ρ0 - плотность абсолютно сухого исследуемого материала; W - мощность «мгновенного» источника растворителя, подействовавшего в начале координат х = 0, вычисляемая как отношение количества растворителя к произведению длины полосы импульсного воздействия L на толщину h исследуемого материала; U0 - начальная концентрация растворителя в исследуемом материале в момент времени τ = 0.where U (x, τ) is the concentration of solvent in the test product at a distance x from the linear source of the mass pulse at time τ; D is the diffusion coefficient;
Figure 00000004
- Dirac delta function; ρ 0 is the density of the absolutely dry test material; W is the power of the “instant” source of the solvent, acting at the origin x = 0, calculated as the ratio of the amount of solvent to the product of the bandwidth of the pulsed action L by the thickness h of the test material; U 0 is the initial concentration of the solvent in the test material at time τ = 0.

В этом случае изменение концентрации растворителя в зоне действия источника описывается функцией:In this case, the change in the concentration of solvent in the zone of action of the source is described by the function:

Figure 00000005
Figure 00000005

При толщине листового материала h < 10 x0 коэффициент диффузии может быть определен по расчетному соотношению:When the thickness of the sheet material h <10 x 0, the diffusion coefficient can be determined by the calculated ratio:

Figure 00000006
Figure 00000006

где τmax - время, соответствующее максимуму на кривой U(х0, τ) изменения концентрации на расстоянии х0 от линейного источника.where τ max is the time corresponding to the maximum on the curve U (x 0 , τ) of the concentration change at a distance x 0 from the linear source.

Расчетная зависимость для определения искомого коэффициента диффузии получена на основании следующих исследований. После импульсного воздействия дозой растворителя на заданном расстоянии х0 от линейного источника наблюдается изменение концентрации в виде характерных кривых, имеющих восходящую ветвь от начала импульсного воздействия до момента τmax и нисходящую ветвь, наблюдаемую после наступления момента τmax. При этом одинаковые значения концентрации U*, достигаемые в моменты времени τ1 и τ2 соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения концентрации во времени, могут быть определены из выражения (1) с учетом (2):The calculated dependence for determining the desired diffusion coefficient is obtained on the basis of the following studies. After pulsed exposure with a solvent dose at a given distance x 0 from a linear source, a change in concentration is observed in the form of characteristic curves having an ascending branch from the beginning of the pulsed exposure to the moment τ max and a descending branch observed after the moment τ max . In this case, the same concentration values U * achieved at time instants τ 1 and τ 2 respectively on the ascending and descending branches of the concentration variation curve in time can be determined from expression (1) taking into account (2):

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Деление (3) на (4) приводит к следующему выражению:

Figure 00000009
Dividing (3) by (4) leads to the following expression:
Figure 00000009

Из (5) полученоFrom (5) we obtained

Figure 00000010
Figure 00000010

Из (6) с учетом (2) получено расчетное выражение для определения искомого коэффициента диффузии:From (6), taking into account (2), a calculated expression is obtained to determine the desired diffusion coefficient:

Figure 00000011
Figure 00000011

Для определения искомого коэффициента диффузии в предлагаемом способе измерению в моменты времени τ1 и τ2 подлежит не концентрация U(x0, τ), а связанная с ней ЭДС применяемого гальванического преобразователя при условии отсутствия предварительно найденной в результате градуировки статической характеристики. В связи с тем, что статическая характеристика имеет монотонный характер, имеется однозначная связь ЭДС преобразователя и концентрации растворителя, что позволяет определять моменты времени τ1 и τ2, соответствующие двум равным значениям U* (x0, τ1) и U* (x0, τ2), в момент достижения равных значений ЭДС.To determine the desired diffusion coefficient in the proposed method, the measurement at time instants τ 1 and τ 2 is not subject to the concentration U (x 0 , τ), but the associated EMF of the used galvanic converter, provided that there is no static characteristic previously found as a result of calibration. Due to the fact that the static characteristic is monotonic in nature, there is an unambiguous relationship between the emf of the converter and the solvent concentration, which makes it possible to determine the time instants τ 1 and τ 2 corresponding to two equal values of U * (x 0 , τ 1 ) and U * (x 0 , τ 2 ), at the moment of achieving equal EMF values.

Для повышения точности необходимо, чтобы в данные моменты времени τ1 и τ2 измеряемое значение ЭДС находилось на участке статической характеристики, характеризующегося стабильным сигналом преобразователя и высокой чувствительностью к изменению концентрации. Исследования показывают, что данный участок статической характеристики соответствует изменению ЭДС преобразователя в диапазоне:To increase the accuracy, it is necessary that at these times τ 1 and τ 2 the measured EMF value should be in the area of the static characteristic, characterized by a stable converter signal and high sensitivity to concentration changes. Studies show that this section of the static characteristic corresponds to a change in the converter EMF in the range:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Ee - сигнал преобразователя, соответствующий переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния (максимальный сигнал на плато насыщения статической характеристики).where E e is the converter signal corresponding to the transition of the solvent from the region of the material under study connected with the solid phase to the region of the free state (maximum signal on the saturation plateau of the static characteristic).

На фигуре 1 представлены кривые изменения ЭДС при диффузии влаги поперек волокон бумаги толщиной 0,14 мм, плотностью в сухом состоянии 2,2 × 102 кг/м3 для x0 = 4 мм при различных значениях дозы импульса влаги. ЭДС преобразователя представлена в относительных единицах к максимально возможной ЭДС преобразователя Ее при заданной температуре контроля. С увеличением вносимой дозы влаги увеличивается достигаемое в х0 значение максимума концентрации от кривой 4 к кривой 1.The figure 1 presents the curves of changes in the EMF during the diffusion of moisture across the paper fibers with a thickness of 0.14 mm, a density in the dry state of 2.2 × 10 2 kg / m 3 for x 0 = 4 mm for different values of the dose of moisture impulse. The EMF of the converter is presented in relative units to the maximum possible EMF of the converter E e at a given control temperature. With an increase in the applied dose of moisture, the concentration maximum reached in x 0 increases from curve 4 to curve 1.

Исследования показывают, что значения моментов времени τ1 и τ2, соответствующие значениям ЭДС преобразователя из диапазона (8), надежно фиксируются при условии достижения в эксперименте максимума сигнала гальванического датчика Emax, составляющего приблизительно 0,75 - 0,95 от максимально возможного значения сигнала Ее (фигура 1, кривые 2, 3). На кривой 2 (фигура 1) это моменты времени

Figure 00000013
и
Figure 00000014
, на кривой 3 - это моменты времени
Figure 00000015
и
Figure 00000016
.Studies show that the values of time instants τ 1 and τ 2 corresponding to the EMF values of the transducer from the range (8) are reliably fixed provided that the experiment reaches the maximum signal of the galvanic sensor E max , which is approximately 0.75 - 0.95 of the maximum possible value signal E e (figure 1, curves 2, 3). On curve 2 (figure 1) these are times
Figure 00000013
and
Figure 00000014
, on curve 3 are moments of time
Figure 00000015
and
Figure 00000016
.

При Emax < 0,75 Ее сигнал преобразователя нестабилен, определение τ1 и τ2 связано с существенными погрешностями (фигура 1, кривая 4). При значениях Emax > 0,95 Ее возрастает длительность эксперимента за счет того, что значительная часть нисходящей ветви кривой изменения концентрации находится в области плато насыщения статической характеристики преобразователя с низкой чувствительностью к изменению концентрации или вообще за ее пределами, где чувствительность преобразователя вообще отсутствует (фигура 1, кривая 1). В этих случаях существенно возрастает значение момента времени τ2, соответствующего сигналу ЭДС преобразователя из диапазона (8), а также погрешность определения момента времени τ2 из-за малоинтенсивного изменения сигнала преобразователя во времени.When E max <0.75 E e the converter signal is unstable, the determination of τ 1 and τ 2 is associated with significant errors (figure 1, curve 4). For values of E max > 0.95 E e , the duration of the experiment increases due to the fact that a significant part of the descending branch of the concentration curve is located in the saturation plateau of the static characteristic of the converter with low sensitivity to concentration changes or even outside of it, where the converter’s sensitivity is completely absent (figure 1, curve 1). In these cases, the value of the time instant τ 2 corresponding to the EMF signal of the converter from the range (8) increases significantly, as well as the error in determining the time instant τ 2 due to the low-intensity change of the converter signal in time.

При реализации предлагаемого способа наносят первый импульс дозой растворителя и фиксируют изменение ЭДС гальванического преобразователя на заданном расстоянии от линии нанесения импульса. Если максимальное значение ЭДС Emax, достигаемое в эксперименте, составляет приблизительно 0,75 - 0,95 от максимально возможного значения сигнала Ee, то эксперимент завершают в момент времени τ2 достижения в опыте значения ЭДС преобразователя из диапазона (8), равного значению ЭДС в момент времени τ1 после чего по формуле (7) рассчитывают значение искомого коэффициента диффузии.When implementing the proposed method, the first pulse is applied with a dose of solvent and the change in the EMF of the galvanic converter is recorded at a predetermined distance from the pulse application line. If the maximum value of the EMF E max achieved in the experiment is approximately 0.75 - 0.95 of the maximum possible value of the signal E e , then the experiment is completed at time τ 2 when the experiment reaches the value of the EMF of the transducer from the range (8) equal to the value EMF at time τ 1 after which the value of the desired diffusion coefficient is calculated by the formula (7).

Если после нанесения первого импульса максимальное значение сигнала преобразователя Emax наблюдается за пределами диапазона (0,75-0,95) Ее, то ожидают снижение сигнала преобразователя до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, причем эту процедуру повторяют до вхождения достигаемого после нанесения нового импульса максимального значения сигнала преобразователя в указанный диапазон (0,75-0,95) Ee.. После этого эксперимент завершают в момент времени τ2 достижения в опыте значения ЭДС преобразователя из диапазона (8), равного значению ЭДС в момент времени τ1 а затем по формуле (7) рассчитывают значение искомого коэффициента диффузии.If, after applying the first pulse, the maximum value of the converter signal E max is observed outside the range (0.75-0.95) E e , then the converter signal is expected to decrease to the initial value, and then a new pulsed action is performed with an increased or decreased dose of the solvent, and this the procedure is repeated until the maximum value of the converter signal reached after applying a new pulse enters the specified range (0.75-0.95) E e .. After that, the experiment is completed at time τ 2 experience the value of the EMF of the Converter from the range (8), equal to the value of the EMF at time τ 1 and then using the formula (7) calculate the value of the desired diffusion coefficient.

В таблице 1 представлены результаты 20 - кратных измерений коэффициента диффузии влаги вдоль волокон бумаги толщиной 0,14 мм, плотностью в сухом состоянии 2,2 × 102 кг/м3. Расстояние от источника дозы растворителя до расположения электродов гальванического преобразователя - 4 мм. Расчетное значение ЭДС, соответствующее моментам времени τ1 и τ2, приблизительно равно 0,85 Ee; Emax ≈ 0,9 Ee. Погрешность результата 9,5%.Table 1 presents the results of 20-fold measurements of the moisture diffusion coefficient along the paper fibers with a thickness of 0.14 mm and a dry density of 2.2 × 10 2 kg / m 3 . The distance from the source of the dose of the solvent to the location of the electrodes of the galvanic converter is 4 mm. The calculated value of the EMF corresponding to time instants τ 1 and τ 2 is approximately 0.85 E e ; E max ≈ 0.9 E e . The error of the result is 9.5%.

В таблице 2 представлены результаты 20 - кратных измерений коэффициента диффузии влаги поперек волокон бумаги толщиной 0,14 мм, плотностью в сухом состоянии 2,2 × 102 кг/м3. Расстояние от источника дозы растворителя до расположения электродов гальванического преобразователя - 4 мм. Расчетное значение ЭДС, соответствующее моментам времени τ1 и τ2, приблизительно равно 0,85 Ее; Emax ≈ 0,9 Ee. Погрешность результата 10,3%.

Figure 00000017
Table 2 presents the results of 20-fold measurements of the coefficient of moisture diffusion across the paper fibers with a thickness of 0.14 mm, a density in the dry state of 2.2 × 10 2 kg / m 3 . The distance from the source of the dose of the solvent to the location of the electrodes of the galvanic converter is 4 mm. The calculated value of the EMF corresponding to time instants τ 1 and τ 2 is approximately equal to 0.85 E e ; E max ≈ 0.9 E e . The error of the result is 10.3%.
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Claims (5)

1. Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых ортотропных капиллярно-пористых материалах, заключающийся в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя, затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное увлажнение исследуемого материала по прямой линии движущимся источником растворителя постоянной производительности в заданном направлении ортотропного материала, выполняют электроды гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков и располагают их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения, расположенных на одинаковом заданном расстоянии от нее,1. The method for determining the diffusion coefficient of solvents in orthotropic sheet capillary-porous materials, which consists in creating a uniform initial content of the solvent distributed in the solid phase in the test sheet material, then the test material is placed on a flat substrate of a solvent-impermeable material, the upper surface is waterproofed material, at the initial time, carry out pulsed wetting of the test material in a straight line with a moving source a spectator of constant productivity in a given direction of orthotropic material, perform the electrodes of the galvanic converter in the form of straight sections and place them on both sides of the pulse humidification line on straight lines parallel to the pulse humidification line located at the same given distance from it, отличающийся тем, что измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала гальванического датчика Emax, составляющего 0,75-0,95 от максимально возможного значения данного сигнала Ее, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния, фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического датчика Е1 и Е2 из диапазона (0,7-0,9) Ee соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле:characterized in that the diffusion coefficient is measured provided that in the experiment the maximum signal of the galvanic sensor E max is 0.75-0.95 from the maximum possible value of this signal E e , corresponding to the transition of the solvent from the region of the material being investigated into the region free state, fixed times τ 1 and τ 2, in which same values are achieved electrochemical sensor signals e 1 and e 2 of band (0,7-0,9) e e, respectively, to uplink and nis odyaschey branches of the curve of the signal changes over time, and the calculation of diffusion coefficient by the formula:
Figure 00000019
Figure 00000019
 где x0 - расстояние между линией импульсного увлажнения и расстоянием до линии расположения электродов гальванического преобразователя.where x 0 is the distance between the line of pulsed humidification and the distance to the line of the electrodes of the galvanic converter. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при достижении максимального значения сигнала гальванического преобразователя Emax после нанесения импульса дозой растворителя за пределами диапазона (0,75-0,95)Ее, ожидают снижение сигнала преобразователя до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, причем эту процедуру повторяют до вхождения максимального значения сигнала преобразователя в указанный диапазон, после чего рассчитывают искомый коэффициент диффузии.2. The method according to p. 1, characterized in that when the maximum signal value of the galvanic converter E max is reached after applying the pulse with a dose of solvent outside the range (0.75-0.95) E e , the converter signal is expected to decrease to the initial value, and then a new pulsed action is carried out with an increased or decreased dose of the solvent, and this procedure is repeated until the maximum value of the converter signal falls within the specified range, after which the desired diffusion coefficient is calculated.
RU2018108494A 2018-03-07 2018-03-07 Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method RU2677259C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108494A RU2677259C1 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108494A RU2677259C1 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677259C1 true RU2677259C1 (en) 2019-01-16

Family

ID=65025333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018108494A RU2677259C1 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677259C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737065C1 (en) * 2020-04-28 2020-11-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Method of determining diffusion coefficient of solvents in capillary-porous sheet material
RU2784198C1 (en) * 2022-02-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Method for determining the diffusion coefficient in massive products made of capillary-porous materials

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2199106C2 (en) * 2000-12-04 2003-02-20 Тамбовский государственный технический университет Procedure determining coefficient of moisture conductivity of sheet capillary-porous material
CN101319979A (en) * 2007-06-05 2008-12-10 中国科学院化学研究所 Method for fast measuring dispersion coefficient of matter in liquid phase by capillary electrophoresis apparatus
JP2013033016A (en) * 2011-06-29 2013-02-14 Nippon Soken Inc Device and method for measuring oxygen diffusion coefficient
RU2492457C1 (en) * 2012-04-03 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from capillary-porous materials
RU2497099C1 (en) * 2012-05-29 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method to determine coefficient of moisture conduction of sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2549613C1 (en) * 2014-05-13 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from orthotropic capillary-porous materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2199106C2 (en) * 2000-12-04 2003-02-20 Тамбовский государственный технический университет Procedure determining coefficient of moisture conductivity of sheet capillary-porous material
CN101319979A (en) * 2007-06-05 2008-12-10 中国科学院化学研究所 Method for fast measuring dispersion coefficient of matter in liquid phase by capillary electrophoresis apparatus
JP2013033016A (en) * 2011-06-29 2013-02-14 Nippon Soken Inc Device and method for measuring oxygen diffusion coefficient
RU2492457C1 (en) * 2012-04-03 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from capillary-porous materials
RU2497099C1 (en) * 2012-05-29 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method to determine coefficient of moisture conduction of sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2549613C1 (en) * 2014-05-13 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from orthotropic capillary-porous materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737065C1 (en) * 2020-04-28 2020-11-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Method of determining diffusion coefficient of solvents in capillary-porous sheet material
RU2784198C1 (en) * 2022-02-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Method for determining the diffusion coefficient in massive products made of capillary-porous materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2492457C1 (en) Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from capillary-porous materials
RU2549613C1 (en) Method of determining diffusion coefficient of solvents in massive products from orthotropic capillary-porous materials
RU2677259C1 (en) Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method
Belyaev et al. The design of a measuring instrument for determining the diffusion coefficient of solvents in thin articles made of capillary-porous materials
RU2497099C1 (en) Method to determine coefficient of moisture conduction of sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2659195C1 (en) Method for the solvents in solid products made of capillary-porous materials diffusion coefficient determination
RU2643174C1 (en) Method for determining diffusion coefficient of solvents in sheet capillary-porous materials
RU2436066C1 (en) Method of measurement of moisture diffusion coefficient in capillary porous sheet materials
RU2604094C1 (en) Uhf method of irregularities detecting in dielectric coatings on metal substrate
RU2705655C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from orthotropic capillary-porous materials
RU2705651C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2661447C1 (en) Method for determining diffusion coefficient of solvent in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2782682C1 (en) Method for determining the diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2797140C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in massive products capillary-porous materials
Zhang et al. A novel genetic algorithm based method for measuring complex permittivity of thin samples in the compact radar frequency band
RU2797138C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
Belyaev et al. Methods and devices of non-destructive solvent diffusion coefficient control in products made from capillary-porous materials
RU2782850C1 (en) Method for determining the diffusion coefficient in massive products made of orthotropic capillary-porous materials
RU2797137C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in sheet capillary-porous materials
RU2199106C2 (en) Procedure determining coefficient of moisture conductivity of sheet capillary-porous material
EP2228640B1 (en) Method for determining the moisture content of wood
RU2739749C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from orthotropic capillary-porous materials
RU2822302C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2784198C1 (en) Method for determining the diffusion coefficient in massive products made of capillary-porous materials
RU2705706C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from capillary-porous materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200308