RU2757167C1 - Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials - Google Patents

Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials Download PDF

Info

Publication number
RU2757167C1
RU2757167C1 RU2021109374A RU2021109374A RU2757167C1 RU 2757167 C1 RU2757167 C1 RU 2757167C1 RU 2021109374 A RU2021109374 A RU 2021109374A RU 2021109374 A RU2021109374 A RU 2021109374A RU 2757167 C1 RU2757167 C1 RU 2757167C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
volume
measuring
vessel
air
density
Prior art date
Application number
RU2021109374A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ренат Харисович Гайнуллин
Ришат Харисович Гайнуллин
Екатерина Михайловна Цветкова
Александр Александрович Цуркан
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет"
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 "Поволжский государственный технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет"
Priority to RU2021109374A priority Critical patent/RU2757167C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757167C1 publication Critical patent/RU2757167C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring techniques.
SUBSTANCE: invention relates to a technique for measuring volumes and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different moisture content, as well as fractional composition and can be used in all areas of research or application of porous objects. To implement the method, a device is used containing a pneumatic pump connected by means of a valve to a measuring container, which in turn is connected through a bypass valve to a container for samples of a similar volume, and for measuring and recording parameters, instead of a pressure gauge, a flow meter is additionally included in the system between the pneumatic pump and the measuring vessel, and the pneumatic pump can create both overpressure and vacuum in the measuring system. The volume of the body is calculated by the equation of a straight line
Figure 00000064
, obtained by constructing a calibration graph, along the abscissa of which the
Figure 00000065
ratio is counted, and along the ordinate - the volume corresponding to this
Figure 00000066
ratio, wherein the straight line passes along two points with coordinates [1; 0], under the condition of equality of the volumes of the measuring vessel and the vessel for samples
Figure 00000067
, and [
Figure 00000068
;
Figure 00000069
] - corresponding to the characteristics of the reference body, where
Figure 00000066
is the desired body volume,
Figure 00000070
is the coefficient of the equation of a straight line,
Figure 00000071
is the amount of change in the volume of air in the vessel for samples,
Figure 00000072
is the amount of change in the volume of air in the measuring vessel,
Figure 00000073
,
Figure 00000074
is the amount of change in the volume of air in the vessels during calibration,
Figure 00000069
is the volume of the reference body, the density of the investigated porous body is determined by the formula
Figure 00000075
.
EFFECT: elimination of the need to determine the volume of the vessel in which the porous body is located, when implementing the procedure for measuring the volume and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different moisture content and fractional composition, as well as simplifying the device used for this.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения объемов и определения плотностей пористых тел произвольной формы, различной влажности, а также фракционного состава и может использоваться во всех областях исследования или применения пористых объектов.The invention relates to a technique for measuring volumes and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different moisture content, as well as fractional composition and can be used in all areas of research or use of porous objects.

Известен способ определения объема и плотности частиц грунта, включающий помещение пробы грунта в емкость для пробы, соединенную с измерительной емкостью и датчиком давления пневмопроводом с вентилем, закрывание вентиля между измерительной емкостью и емкостью с пробой, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительной емкости, открывание крана между измерительной емкостью и емкостью с пробой, уравновешивающего давление в емкостях, снятие показаний датчика давления, вычисление объема частиц по формуле

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
– избыточное давление в емкости объемом
Figure 00000003
,
Figure 00000004
– избыточное давление в системе объемом
Figure 00000005
. А плотность частиц грунта находят по формуле
Figure 00000006
(Патент № 2397474 РФ, МПК G 01 N 9/26. Способ определения объема и плотности частиц грунта и устройство для его осуществления / Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Панин В.Н . № 2009123698/28; Заявл.22.06.2009; Опубл. 20.08.2010; Бюл. № 23).There is a known method for determining the volume and density of soil particles, including placing a soil sample in a sample container connected to the measuring tank and pressure sensor by a pneumatic line with a valve, closing the valve between the measuring container and the sample container, establishing a pressure nonequilibrium with atmospheric in the measuring container, opening the tap between the measuring container and the container with the sample, which balances the pressure in the containers, taking readings from the pressure sensor, calculating the volume of particles by the formula
Figure 00000001
, where
Figure 00000002
- overpressure in a container with a volume
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- excess pressure in the system by volume
Figure 00000005
... And the density of soil particles is found by the formula
Figure 00000006
(Patent No. 2397474 RF, IPC G 01 N 9/26. Method for determining the volume and density of soil particles and a device for its implementation / Kuzmin G. P., Zhang R. V., Panin V. N. No. 2009123698/28; Appl. .22.06.2009; Publ. 20.08.2010; Bul. No. 23).

Недостатком данного способа является необходимость учета и фиксации давления для дальнейших расчетов, что снижает точность измерения объема и определения плотности пористых материалов, а также функционирование пневмосистемы только в режиме избыточного давления.The disadvantage of this method is the need to take into account and fix the pressure for further calculations, which reduces the accuracy of measuring the volume and determining the density of porous materials, as well as the operation of the pneumatic system only in the overpressure mode.

Известно устройство для определения плотности по результатам измерения объема, состоящее из впускного, перепускного и выпускного кранов, кюветы сравнения, кюветы образца и датчика давления (ГОСТ Р 57844-2017 Композиты. Определение плотности методом замещения – кажущаяся плотность, определенная газовой пикнометрией).A device for determining the density based on the results of measuring the volume is known, consisting of an inlet, bypass and outlet taps, a comparison cuvette, a sample cuvette and a pressure sensor (GOST R 57844-2017 Composites. Density determination by the substitution method - apparent density determined by gas pycnometry).

Недостатками данного устройства являются возможность функционирования только в режиме избыточного давления, а также сложность эксплуатации, обусловленная необходимостью проведения многостадийной процедуры калибровки для определения объемов кювет сравнения и образца.The disadvantages of this device are the ability to operate only in the overpressure mode, as well as the complexity of operation due to the need for a multi-stage calibration procedure to determine the volumes of the reference and sample cuvettes.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения объема и определения плотности пористых материалов, предусматривающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который последовательно через вентили соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом и насосом, создающий изменение давления одновременно в двух сосудах, с последующим перекрытием вентилей и последовательным обратным перепуском воздуха открыванием вентилей сначала в измерительный сосуд до достижения в нем атмосферного давления с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, а затем в сосуд для проб также с измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, при этом объем тела определяется по формуле

Figure 00000007
, где
Figure 00000008
– искомый объем тела,
Figure 00000009
– объем каждого сосуда,
Figure 00000010
– величина изменения объема воздуха в сосуде для проб,
Figure 00000011
– величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде, плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле
Figure 00000012
(Патент № 2744281 РФ, МПК G01F 17/00, G01N 9/26. Способ измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен.Х., Цветкова Е.М., Гайнуллин Риш.Х., Федотова А.А., Воронцова В.В. № 2020124266; Заявл. 22.07.2020; Опубл. 04.03.2021; Бюл. № 7).The closest in technical essence is a method for measuring the volume and determining the density of porous materials, which involves weighing the test body, placing it in a sample vessel, which is connected in series through valves to a measuring vessel of the same volume and a pump that creates a pressure change in two vessels simultaneously, with by subsequent closing the valves and sequential return bypass of air by opening the valves first into the measuring vessel until it reaches atmospheric pressure with simultaneous measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, and then into the sample vessel also with measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, while body volume is determined by the formula
Figure 00000007
, where
Figure 00000008
- the required body volume,
Figure 00000009
- the volume of each vessel,
Figure 00000010
- the magnitude of the change in the volume of air in the sample vessel,
Figure 00000011
- the magnitude of the change in the volume of air in the measuring vessel, the density of the investigated porous body is determined by the formula
Figure 00000012
(Patent No. 2744281 RF, IPC G01F 17/00, G01N 9/26. Method for measuring the volume and determining the density of porous materials / Gainullin Ren.Kh., Tsvetkova E.M., Gainullin Rish.Kh., Fedotova A.A., Vorontsova V.V. No. 2020124266; Appl. 07/22/2020; Publ. 03/04/2021; Bulletin No. 7).

Недостатком данного способа является необходимость определения объема сосуда

Figure 00000009
для дальнейших расчетов объема тела и его плотности.The disadvantage of this method is the need to determine the volume of the vessel
Figure 00000009
for further calculations of the volume of the body and its density.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, состоящее из пневмонасоса, соединенного посредством вентиля с измерительной емкостью, которая в свою очередь соединена через перепускной кран с емкостью для проб (Патент № 2397474 РФ, МПК G 01 N 9/26. Способ определения объема и плотности частиц грунта и устройство для его осуществления / Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Панин В.Н . № 2009123698/28; Заявл. 22.06.2009; Опубл. 20.08.2010; Бюл. № 23).The closest in technical essence is a device consisting of a pneumatic pump connected by means of a valve with a measuring tank, which in turn is connected through a bypass valve with a sample container (Patent No. 2397474 RF, IPC G 01 N 9/26. Method for determining volume and density soil particles and a device for its implementation / Kuzmin G.P., Zhang R.V., Panin V.N. No. 2009123698/28; Appl. 22.06.2009; Publ. 20.08.2010; Bull. No. 23).

Недостатком данного устройства является необходимость проведения многостадийной процедуры калибровки измерительной емкости и емкости для образца.The disadvantage of this device is the need for a multistage procedure for calibrating the measuring container and the container for the sample.

Технический результат изобретения является повышение технологичности процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава, а также упрощение используемой для этого конструкции.The technical result of the invention is to improve the manufacturability of the procedure for measuring the volume and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different moisture content and fractional composition, as well as simplifying the design used for this.

Технический результат достигается тем, что способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который последовательно через вентили соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом и пнвмонасосом, создающий изменение давления одновременно в двух сосудах, с последующим перекрытием вентилей и последовательным обратным перепуском воздуха открыванием вентилей сначала в измерительный сосуд до достижения в нем атмосферного давления с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, а затем в сосуд для проб также с измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, согласно изобретения, объем тела вычисляется по уравнению прямой

Figure 00000013
, полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается отношение
Figure 00000014
, а по оси ординат – соответствующий этому отношению объем
Figure 00000008
, причем прямая проходит по двум точкам с координатами [1; 0], при выполнении условия равенства объемов измерительного сосуда и сосуда для проб
Figure 00000015
, и [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] – соответствующая характеристикам эталонного тела, The technical result is achieved by the fact that the method for measuring the volume and determining the density of porous bodies, including weighing the test body, placing it in a sample vessel, which is connected in series through valves to a measuring vessel of the same volume and a monopump, creating a pressure change in two vessels simultaneously, with subsequent closing of the valves and sequential return bypass of air by opening the valves first into the measuring vessel until it reaches atmospheric pressure with simultaneous measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, and then into the sample vessel also with measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, according to the invention , the volume of the body is calculated by the equation of the straight line
Figure 00000013
, obtained by constructing a calibration graph, along the abscissa axis of which the ratio
Figure 00000014
, and the ordinate is the volume corresponding to this ratio
Figure 00000008
, and the straight line passes through two points with coordinates [1; 0], under the condition of equality of the volumes of the measuring vessel and the vessel for samples
Figure 00000015
, and [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] - corresponding to the characteristics of the reference body,

где

Figure 00000008
– искомый объем тела, where
Figure 00000008
- the required body volume,

Figure 00000018
– коэффициент уравнения прямой,
Figure 00000018
Is the coefficient of the equation of the straight line,

Figure 00000010
– величина изменения объема воздуха в сосуде для проб,
Figure 00000010
- the magnitude of the change in the volume of air in the sample vessel,

Figure 00000011
– величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
– величины изменения объемов воздуха в сосудах в процессе тарировки,
Figure 00000011
- the magnitude of the change in the volume of air in the measuring vessel,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- the magnitude of the change in air volumes in the vessels during the calibration process,

Figure 00000017
– объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определится по формуле
Figure 00000021
.
Figure 00000017
- the volume of the reference body, the density of the investigated porous body is determined by the formula
Figure 00000021
...

Для осуществления способа можно применить устройство, содержащее пневмонасос, соединенный посредством вентиля с измерительной емкостью, которая в свою очередь соединена через перепускной вентиль с емкостью для проб аналогичного объема, а для измерения и регистрации параметров в систему между пневмонасосом и измерительным сосудом дополнительно включен расходомер, причем пневмонасос может создавать в измерительной системе как избыточное давление, так и разрежение.To implement the method, you can use a device containing a pneumatic pump connected by means of a valve to a measuring container, which in turn is connected through a bypass valve with a container for samples of a similar volume, and for measuring and recording parameters, a flow meter is additionally included in the system between the pneumatic pump and the measuring vessel, and The pneumatic pump can create both overpressure and underpressure in the measuring system.

Предлагаемые способ и устройство для измерения объема и определения плотности пористых тел позволяют повысить технологичность проведения процедуры, а также упростить используемую для этого конструкцию.The proposed method and device for measuring the volume and determining the density of porous bodies make it possible to improve the manufacturability of the procedure, as well as to simplify the design used for this.

В патентной и научно-технической литературе подобных способа и устройства для измерения объема и определения плотности пористых тел не обнаружено.In the patent and scientific and technical literature, such a method and device for measuring the volume and determining the density of porous bodies have not been found.

Вышеизложенные способ и устройство иллюстрируются графически, где на фиг. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ для измерения объема и определения плотности пористых тел, а на фиг. 2 – тарировочный график для определения объема исследуемого тела.The foregoing method and apparatus are illustrated graphically, where FIG. 1 shows a device that implements the proposed method for measuring the volume and determining the density of porous bodies, and FIG. 2 - calibration graph for determining the volume of the investigated body.

Устройство для измерения объема и определения плотности пористых материалов, включающее сосуд для проб 1, который последовательно через вентили 2, 3 соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом 4, расходомер 5 и пневмонасос 6, создающий изменение давления, пробы 7.A device for measuring the volume and determining the density of porous materials, including a sample vessel 1, which is connected in series through valves 2, 3 to a measuring vessel 4 of a similar volume, a flow meter 5 and a pneumatic pump 6, creating a pressure change, samples 7.

Согласно предложенным способу и устройству измерение объема и определение плотности пористых тел может осуществляется как в режиме разрежения, так и в режиме избыточного давления.According to the proposed method and device, measuring the volume and determining the density of porous bodies can be carried out both in the rarefaction mode and in the overpressure mode.

При работе пневматической системы в режиме разрежения измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом. When the pneumatic system operates in the vacuum mode, the volume measurement and the density determination of porous bodies are carried out as follows.

На первоначальном этапе производят процедуру определения равенства объемов измерительного сосуда 4 и сосуда для проб 1. Для этого включают пневмонасос 6, который в сосудах 1 и 4 создает разрежение величиной

Figure 00000022
, и закрывают перепускной вентиль 3. После закрытия вентиля 2 открывают вентиль 3, в результате чего происходит перепуск воздуха из атмосферы в измерительный сосуд 4 и выравнивание давления с атмосферным. В это время расходомером 5 осуществляют измерение и фиксацию объема
Figure 00000011
воздуха, перемещающегося из атмосферы в измерительный сосуд 4. В дальнейшем при открытом вентиле 3 открывают вентиль 2 и с использованием расходомера 5 осуществляют измерение и фиксацию объема
Figure 00000010
воздуха, перемещающегося из атмосферы в сосуд для проб 1 через измерительный сосуд 4. По равенству
Figure 00000015
судят о равенстве объемов сосудов 1 и 4. В случае невыполнения равенства в тот или иной сосуд помещают балластный объем и добиваются равенства объемов сосудов. At the initial stage, the procedure for determining the equality of the volumes of the measuring vessel 4 and the vessel for samples 1. To do this, turn on the pneumatic pump 6, which creates a vacuum in vessels 1 and 4 of the value
Figure 00000022
, and close the bypass valve 3. After the valve 2 is closed, the valve 3 is opened, as a result of which air is bypassed from the atmosphere into the measuring vessel 4 and the pressure is equalized with the atmospheric one. At this time, the flow meter 5 measures and fixes the volume
Figure 00000011
air moving from the atmosphere into the measuring vessel 4. Subsequently, when valve 3 is open, valve 2 is opened and, using the flow meter 5, the volume is measured and fixed
Figure 00000010
air moving from the atmosphere into sample vessel 1 through measuring vessel 4. By equality
Figure 00000015
judging the equality of the volumes of vessels 1 and 4. In case of non-fulfillment of equality, the ballast volume is placed in one or another vessel and equality of the volumes of the vessels is achieved.

На следующем этапе осуществляют построение тарировочного графика, который характеризуется уравнением прямой. Для этого в сосуд для проб 1 помещают эталонное тело известного объема

Figure 00000017
и повторяют вышеописанную процедуру измерения величин
Figure 00000019
и
Figure 00000020
. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 1 и 4 при атмосферном давлении
Figure 00000023
и после удаления части воздуха можно отразить уравнениями, которые подчиняются закону Бойля-Мариотта:At the next stage, a calibration schedule is built, which is characterized by the equation of a straight line. For this, a reference body of known volume is placed in the sample vessel 1.
Figure 00000017
and repeat the above-described procedure for measuring the values
Figure 00000019
and
Figure 00000020
... Taking into account the constancy of the temperature of the system, its state in vessels 1 and 4 at atmospheric pressure
Figure 00000023
and after removing part of the air can be reflected by equations that obey the Boyle-Mariotte law:

Figure 00000024
,(1)
Figure 00000024
,(1)

Figure 00000025
,(2)
Figure 00000025
, (2)

где

Figure 00000023
– величина атмосферного давления,where
Figure 00000023
- the value of atmospheric pressure,

Figure 00000022
– величина разрежения в сосудах после удаления воздуха,
Figure 00000022
- the magnitude of the vacuum in the vessels after air removal,

Figure 00000009
– объем каждого сосуда,
Figure 00000009
- the volume of each vessel,

Figure 00000017
– объем эталонного тела,
Figure 00000017
- the volume of the reference body,

Figure 00000019
– объем воздуха, удаленный из сосуда для проб,
Figure 00000019
- the volume of air removed from the sample vessel,

Figure 00000020
– объем воздуха, удаленный из измерительного сосуда.
Figure 00000020
Is the volume of air removed from the measuring vessel.

Выражая

Figure 00000023
из (1) и (2), получим:Expressing
Figure 00000023
from (1) and (2), we get:

Figure 00000026
,(3)
Figure 00000026
, (3)

Figure 00000027
.(4)
Figure 00000027
.(4)

Приравнивая правые части уравнений (3), (4), и, решая относительно эталонного объема тела

Figure 00000017
, получим уравнение для расчета объема эталонного тела:Equating the right-hand sides of equations (3), (4), and, solving with respect to the reference volume of the body
Figure 00000017
, we get the equation for calculating the volume of the reference body:

Figure 00000028
.(5)
Figure 00000028
.(5)

Выражение (5) можно представить в ином виде: Expression (5) can be represented in a different form:

Figure 00000029
.(6)
Figure 00000029
. (6)

Отношение

Figure 00000016
может изменяться в пределах от 0 (при
Figure 00000030
) до 1 (при
Figure 00000031
). Исходя из этих положений, для определения объема исследуемого образца можно использовать график (фиг. 2), по оси абсцисс которого отсчитывается отношение
Figure 00000014
, а по оси ординат – соответствующий этому отношению объем
Figure 00000008
. График строится по двум точкам: первая с координатами [1; 0] при
Figure 00000015
, то есть при
Figure 00000031
, а вторая с координатами [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] – соответствующая характеристикам эталонного тела. Для удобства данный график для определения объема исследуемого тела можно описать уравнением прямой:Attitude
Figure 00000016
can vary from 0 (at
Figure 00000030
) to 1 (at
Figure 00000031
). Based on these provisions, to determine the volume of the test sample, you can use the graph (Fig. 2), along the abscissa of which the ratio
Figure 00000014
, and the ordinate is the volume corresponding to this ratio
Figure 00000008
... The graph is built using two points: the first one with coordinates [1; 0] at
Figure 00000015
, that is, for
Figure 00000031
, and the second with coordinates [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] - corresponding to the characteristics of the reference body. For convenience, this graph for determining the volume of the investigated body can be described by the equation of a straight line:

Figure 00000032
Figure 00000032

илиor

Figure 00000013
,(7)
Figure 00000013
, (7)

где

Figure 00000008
– объем исследуемого тела,where
Figure 00000008
- the volume of the investigated body,

Figure 00000018
– коэффициент уравнения прямой.
Figure 00000018
Is the coefficient of the equation of the straight line.

Таким образом, для измерения объема исследуемого образца не потребуется определение величины объема сосуда

Figure 00000009
.Thus, to measure the volume of the test sample, it is not required to determine the volume of the vessel.
Figure 00000009
...

Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значений

Figure 00000010
и
Figure 00000011
, а затем рассчитывают по выражению (7).To measure the volume of the test sample, a procedure is carried out similar to the reference body to obtain the values
Figure 00000010
and
Figure 00000011
, and then calculated by expression (7).

В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:In turn, the density of the test sample after weighing it is determined by the formula:

Figure 00000021
.(8)
Figure 00000021
.(eight)

При работе пневматической системы в режиме избыточного давления измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом. When the pneumatic system operates in the overpressure mode, the volume measurement and determination of the density of porous bodies is carried out as follows.

На первоначальном этапе производят процедуру определения равенства объемов измерительного сосуда 4 и сосуда для проб 1. Для этого включают пневмонасос 6, который в сосудах 1 и 4 создает избыточное давление величиной

Figure 00000033
, и закрывают перепускной вентиль 3. После закрытия вентиля 2 открывают вентиль 3, в результате чего происходит перепуск воздуха из измерительного сосуда 4 в атмосферу и выравнивание давления с атмосферным. В это время расходомером 5 осуществляют измерение и фиксацию объема
Figure 00000011
воздуха, перемещающегося из измерительного сосуда 4 в атмосферу. В дальнейшем при открытом вентиле 3 открывают вентиль 2 и с использованием расходомера 5 осуществляют измерение и фиксацию объема
Figure 00000010
воздуха, перемещающегося из сосуда для проб 1 через измерительный сосуд 4 в атмосферу. По равенству
Figure 00000015
судят о равенстве объемов сосудов 1 и 4. В случае невыполнения равенства в тот или иной сосуд помещают балластный объем и добиваются равенства объемов сосудов. At the initial stage, the procedure for determining the equality of the volumes of the measuring vessel 4 and the vessel for samples 1 is performed. For this, the pneumatic pump 6 is turned on, which creates an overpressure in vessels 1 and 4 of
Figure 00000033
, and close the bypass valve 3. After the valve 2 is closed, the valve 3 is opened, as a result of which air is bypassed from the measuring vessel 4 to the atmosphere and the pressure is equalized to atmospheric. At this time, the flow meter 5 measures and fixes the volume
Figure 00000011
air moving from the measuring vessel 4 into the atmosphere. Subsequently, when valve 3 is open, valve 2 is opened and, using the flow meter 5, the volume is measured and fixed.
Figure 00000010
air moving from the sample vessel 1 through the measuring vessel 4 into the atmosphere. By equality
Figure 00000015
judging the equality of the volumes of vessels 1 and 4. In case of non-fulfillment of equality, the ballast volume is placed in one or another vessel and equality of the volumes of the vessels is achieved.

На следующем этапе осуществляют построение тарировочного графика, который характеризуется уравнением прямой. Для этого в сосуд для проб 1 помещают эталонное тело известного объема

Figure 00000017
и повторяют вышеописанную процедуру измерения величин
Figure 00000019
и
Figure 00000020
. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 1 и 4 при атмосферном давлении
Figure 00000023
и после создания избыточного давления можно отразить уравнениями, которые починяются закону Бойля-Мариотта:At the next stage, a calibration schedule is built, which is characterized by the equation of a straight line. For this, a reference body of known volume is placed in the sample vessel 1.
Figure 00000017
and repeat the above-described procedure for measuring the values
Figure 00000019
and
Figure 00000020
... Taking into account the constancy of the temperature of the system, its state in vessels 1 and 4 at atmospheric pressure
Figure 00000023
and after creating excess pressure, you can reflect the equations that obey the Boyle-Mariotte law:

Figure 00000034
,(9)
Figure 00000034
,(nine)

Figure 00000035
,(10)
Figure 00000035
,(ten)

где

Figure 00000023
– величина атмосферного давления,where
Figure 00000023
- the value of atmospheric pressure,

Figure 00000033
– величина избыточного давления в сосудах,
Figure 00000033
- the amount of excess pressure in the vessels,

Figure 00000009
– объем каждого сосуда,
Figure 00000009
- the volume of each vessel,

Figure 00000017
–объем эталонного тела,
Figure 00000017
- the volume of the reference body,

Figure 00000019
– объем воздуха, перемещенный из атмосферы в сосуд для проб,
Figure 00000019
- the volume of air displaced from the atmosphere into the sample vessel,

Figure 00000020
– объем воздуха, перемещенный из атмосферы в измерительный сосуд.
Figure 00000020
Is the volume of air displaced from the atmosphere into the measuring vessel.

Выражая

Figure 00000023
из (9) и (10), получим:Expressing
Figure 00000023
from (9) and (10), we get:

Figure 00000036
,(11)
Figure 00000036
,(eleven)

Figure 00000037
.(12)
Figure 00000037
.(12)

Приравнивая правые части уравнений (11), (12), и, решая относительно эталонного объема тела

Figure 00000017
, получим уравнение для расчета объема эталонного тела:Equating the right-hand sides of equations (11), (12), and, solving with respect to the reference volume of the body
Figure 00000017
, we get the equation for calculating the volume of the reference body:

Figure 00000028
.(13)
Figure 00000028
.(13)

Выражение (13) можно представить в ином виде: Expression (13) can be represented in a different form:

Figure 00000029
.(14)
Figure 00000029
.(fourteen)

Отношение

Figure 00000014
может изменяться в пределах от 0 (при
Figure 00000030
) до 1 (при
Figure 00000031
). Исходя из этих положений, для определения объема исследуемого образца можно использовать график (фиг. 2), по оси абсцисс которого отсчитывается отношение
Figure 00000014
, а по оси ординат – соответствующий этому отношению объем
Figure 00000008
. График строится по двум точкам: первая с координатами [1; 0] при
Figure 00000015
, то есть при
Figure 00000031
, а вторая с координатами [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] – соответствующая характеристикам эталонного тела. Для удобства данный график для определения объема исследуемого тела можно описать уравнением прямой:Attitude
Figure 00000014
can vary from 0 (at
Figure 00000030
) to 1 (at
Figure 00000031
). Based on these provisions, to determine the volume of the test sample, you can use the graph (Fig. 2), along the abscissa of which the ratio
Figure 00000014
, and the ordinate is the volume corresponding to this ratio
Figure 00000008
... The graph is built using two points: the first one with coordinates [1; 0] at
Figure 00000015
, that is, for
Figure 00000031
, and the second with coordinates [
Figure 00000016
;
Figure 00000017
] - corresponding to the characteristics of the reference body. For convenience, this graph for determining the volume of the investigated body can be described by the equation of a straight line:

Figure 00000032
Figure 00000032

илиor

Figure 00000013
,(15)
Figure 00000013
,(15)

где

Figure 00000008
– объем исследуемого тела,where
Figure 00000008
- the volume of the investigated body,

Figure 00000018
– коэффициент уравнения прямой.
Figure 00000018
Is the coefficient of the equation of the straight line.

Таким образом, для измерения объема исследуемого образца не потребуется определение величины объема сосуда

Figure 00000009
.Thus, to measure the volume of the test sample, it is not required to determine the volume of the vessel.
Figure 00000009
...

Для измерения объема исследуемого образца осуществляют процедуру аналогичную с эталонным телом с получением значений

Figure 00000010
и
Figure 00000011
, а затем рассчитывают по выражению (15).To measure the volume of the test sample, a procedure is carried out similar to the reference body to obtain the values
Figure 00000010
and
Figure 00000011
, and then calculated by expression (15).

В свою очередь, плотность исследуемого образца после его взвешивания определится по формуле:In turn, the density of the test sample after weighing it is determined by the formula:

Figure 00000021
.(16)
Figure 00000021
.(16)

Использование данного способа позволит повысить технологичность процедуры измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава, а также упростить используемое для этого устройство.The use of this method will improve the manufacturability of the procedure for measuring the volume and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different moisture content and fractional composition, as well as simplify the device used for this.

Claims (7)

1. Способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, который последовательно через вентили соединен с аналогичным по объему измерительным сосудом и пневмонасосом, создающий изменение давления одновременно в двух сосудах, с последующим перекрытием вентилей и последовательным обратным перепуском воздуха открыванием вентилей сначала в измерительный сосуд до достижения в нем атмосферного давления с одновременным измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, а затем в сосуд для проб также с измерением и фиксацией расходомером величины изменения объема воздуха, отличающийся тем, что объем тела вычисляется по уравнению прямой
Figure 00000038
, полученной путем построения тарировочного графика, по оси абсцисс которого отсчитывается отношение
Figure 00000039
, а по оси ординат – соответствующий этому отношению объем
Figure 00000040
, причем прямая проходит по двум точкам с координатами [1; 0], при выполнении условия равенства объемов измерительного сосуда и сосуда для проб
Figure 00000041
, и [
Figure 00000042
;
Figure 00000043
] – соответствующая характеристикам эталонного тела, 1. A method for measuring the volume and determining the density of porous bodies, including weighing the test body, placing it in a sample vessel, which is connected in series through valves to a measuring vessel of the same volume and a pneumatic pump, creating a pressure change in two vessels simultaneously, followed by closing the valves and by sequential return bypass of air by opening the valves first into the measuring vessel until it reaches atmospheric pressure with simultaneous measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, and then into the sample vessel also with measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, characterized in that the volume of the body calculated by the equation of the straight line
Figure 00000038
, obtained by constructing a calibration graph, along the abscissa axis of which the ratio
Figure 00000039
, and the ordinate is the volume corresponding to this ratio
Figure 00000040
, and the straight line passes through two points with coordinates [1; 0], under the condition of equality of the volumes of the measuring vessel and the vessel for samples
Figure 00000041
, and [
Figure 00000042
;
Figure 00000043
] - corresponding to the characteristics of the reference body, где
Figure 00000040
– искомый объем тела, where
Figure 00000040
- the required body volume,
Figure 00000044
– коэффициент уравнения прямой,
Figure 00000044
Is the coefficient of the equation of the straight line,
Figure 00000045
– величина изменения объема воздуха в сосуде для проб,
Figure 00000045
- the magnitude of the change in the volume of air in the sample vessel,
Figure 00000046
– величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
– величины изменения объемов воздуха в сосудах в процессе тарировки,
Figure 00000046
- the magnitude of the change in the volume of air in the measuring vessel,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
- the magnitude of the change in air volumes in the vessels during the calibration process,
Figure 00000043
– объем эталонного тела, плотность исследуемого пористого тела определится по формуле
Figure 00000049
.
Figure 00000043
- the volume of the reference body, the density of the investigated porous body is determined by the formula
Figure 00000049
... 2. Устройство для измерения объема и определения плотности пористых тел, включающее пневмонасос, соединенный посредством вентиля с измерительной емкостью, которая в свою очередь соединена через перепускной вентиль с емкостью для проб, отличающееся тем, что измерительный сосуд и сосуд для проб одинакового объема, а для измерения и регистрации параметров в систему между пневмонасосом, с возможностью создания им в измерительной системе как избыточного давления, так и разрежения, и измерительным сосудом дополнительно включен расходомер. 2. A device for measuring the volume and determining the density of porous bodies, including a pneumatic pump connected by means of a valve to a measuring container, which in turn is connected through a bypass valve to a sample container, characterized in that the measuring container and the sample container are of the same volume, and for measuring and registering parameters into the system between the pneumatic pump, with the possibility of creating both overpressure and vacuum in the measuring system, and a flow meter is additionally included in the measuring vessel.
RU2021109374A 2021-04-06 2021-04-06 Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials RU2757167C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109374A RU2757167C1 (en) 2021-04-06 2021-04-06 Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109374A RU2757167C1 (en) 2021-04-06 2021-04-06 Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757167C1 true RU2757167C1 (en) 2021-10-11

Family

ID=78286531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021109374A RU2757167C1 (en) 2021-04-06 2021-04-06 Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757167C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784234C1 (en) * 2022-06-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring the volume and determining the density of porous materials

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006822C1 (en) * 1991-02-11 1994-01-30 Епанчинцев Олег Георгиевич Method of determination of density of porous bodies
US6990848B2 (en) * 2002-08-05 2006-01-31 Trxoler Electronic Laboratories, Inc. System and method for determining material properties of samples
DE69929695D1 (en) * 1998-07-10 2006-04-13 Commissariat Energie Atomique CHARACTERIZATION OF A PERMEABLO POROUS MEDIUM BY GAS POLARIZED BULB PINE RESONANCE
RU2397474C1 (en) * 2009-06-22 2010-08-20 Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук Method for detection of volume and density of soil particles and device for its realisation
CN102297818A (en) * 2010-06-28 2011-12-28 中国石油化工股份有限公司 System and method for measuring true density of powder sample in absence of water and oxygen
JP2018200240A (en) * 2017-05-29 2018-12-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Density measuring method and density measuring apparatus
RU2744281C1 (en) * 2020-07-22 2021-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring volume and determining density of porous materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006822C1 (en) * 1991-02-11 1994-01-30 Епанчинцев Олег Георгиевич Method of determination of density of porous bodies
DE69929695D1 (en) * 1998-07-10 2006-04-13 Commissariat Energie Atomique CHARACTERIZATION OF A PERMEABLO POROUS MEDIUM BY GAS POLARIZED BULB PINE RESONANCE
US6990848B2 (en) * 2002-08-05 2006-01-31 Trxoler Electronic Laboratories, Inc. System and method for determining material properties of samples
RU2397474C1 (en) * 2009-06-22 2010-08-20 Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук Method for detection of volume and density of soil particles and device for its realisation
CN102297818A (en) * 2010-06-28 2011-12-28 中国石油化工股份有限公司 System and method for measuring true density of powder sample in absence of water and oxygen
JP2018200240A (en) * 2017-05-29 2018-12-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Density measuring method and density measuring apparatus
RU2744281C1 (en) * 2020-07-22 2021-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring volume and determining density of porous materials

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784234C1 (en) * 2022-06-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2795370C1 (en) * 2022-11-08 2023-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2802169C1 (en) * 2023-04-28 2023-08-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2811338C1 (en) * 2023-10-18 2024-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method for measuring volume and determining density of porous materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744281C1 (en) Method for measuring volume and determining density of porous materials
CN105372195B (en) A kind of micro ultraviolet specrophotometer quality determining method and detection kit
CN108225972A (en) For determining the device and method of the size of leakage hole in sample
RU2757167C1 (en) Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials
CN112485175A (en) Rock porosity measuring method and measuring device
EP0273957B1 (en) Process and device for measuring gas properties
US4144763A (en) Non-invasive method for the measurement of body fat
RU2397474C1 (en) Method for detection of volume and density of soil particles and device for its realisation
US3893332A (en) Leakage test system
RU2784234C1 (en) Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2795370C1 (en) Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2802169C1 (en) Method for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2775151C1 (en) Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials
RU2811338C1 (en) Method for measuring volume and determining density of porous materials
RU2533745C1 (en) Dialling and calibration method of gas flow meter, and device for its implementation
SU1217458A1 (en) Method of obtaining gaseous mixtures for calibrating gas analyzers
SU603870A1 (en) Device for check-up of reference point of gas analyzer scale
RU2243536C1 (en) Method of determining gas concentration in liquid
SU1083097A1 (en) Automatic analyzer of liquid saturated vapor pressure
RU2138042C1 (en) Process determining content of gluten in wheat and device for its implementation
CN112485439B (en) Specific protein reaction detection method, protein detection device and calibration method
RU216500U1 (en) DENSITY ANALYZER FOR PRECISION DENSITY MEASUREMENTS OF LIQUIDS
RU2504748C2 (en) Calibration method of gas analytical leak detector
RU2505804C1 (en) Method of air moisture content determination
RU2097742C1 (en) Porosimeter