RU2798688C1 - Method for determining diffusion coefficient in massive products of capillary-porous materials - Google Patents

Method for determining diffusion coefficient in massive products of capillary-porous materials Download PDF

Info

Publication number
RU2798688C1
RU2798688C1 RU2023105117A RU2023105117A RU2798688C1 RU 2798688 C1 RU2798688 C1 RU 2798688C1 RU 2023105117 A RU2023105117 A RU 2023105117A RU 2023105117 A RU2023105117 A RU 2023105117A RU 2798688 C1 RU2798688 C1 RU 2798688C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diffusion coefficient
solvent
sensor
max2
signals
Prior art date
Application number
RU2023105117A
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")
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")
Application granted granted Critical
Publication of RU2798688C1 publication Critical patent/RU2798688C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurements.
SUBSTANCE: in the test sample a uniform initial content of the solvent distributed in the solid phase is created, the upper flat surface of the sample is waterproofed, at the initial moment of time, the upper surface of the test sample is pulsed linearly moistened in a given direction of the orthotropic material along a straight line by a moving source of constant solvent productivity, the electrodes of two galvanic converters are made in the form of straight segments and placed on both sides of the pulsed humidification line on straight lines parallel to the pulsed humidification line and at different distances r1 and r2 from it, the times τ1 and τ 2 at which the same values of the signals of the first sensor E 1 and the second sensor E 2 are achieved are recorded, respectively, from the range (0.7–0.9)E e on the descending branches of the curves of changes in the signals over time of these two sensors, and the diffusion coefficient is calculated, whereas the diffusion coefficient is measured provided that in the experiment the maximum signal E max2 is reached, which is more distant from the line of application of the impulse action of the second galvanic sensor, equal to (0.75–0.95) E e, and desired diffusion coefficient is calculated with the values of the signals of both sensors E 1 and E 2, approximately equal to (E max2-0.05E e ), where E e is the maximum possible value of the sensor signal, corresponding to the transition of the solvent from the region associated with the solid phase of the material under study to the region of the free state.
EFFECT: improving the accuracy of measuring the diffusion coefficient of solvents in massive products made of orthotropic capillary-porous materials.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициента диффузии растворителей в строительных материалах и конструкциях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Ортотропные материалы характеризуются существенным различием свойств в перпендикулярных направлениях, например, вдоль и поперек волокон. The invention relates to measuring technology and can be used in the study of mass transfer processes in capillary-porous materials to determine the diffusion coefficient of solvents in building materials and structures, as well as in food, chemical and other industries. Orthotropic materials are characterized by a significant difference in properties in perpendicular directions, for example, along and across the fibers.

Известен способ определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из капиллярно-пористых материалов (патент РФ 2492457, МПК11 G 01N 27/26, G 01N 13/00, 10.09.2013, Бюл. № 25.). В массивном изделии из капиллярно-пористых материалов, имеющего по крайней мере одну плоскую поверхность (например, цементные или гипсовые плиты), создают равномерное начальное распределение растворителя. Затем производят импульсное точечное соприкосновение плоской поверхности исследуемого изделия с источником растворителя, после чего гидроизолируют эту поверхность, располагают электроды гальванического преобразователя на этой поверхности по концентрической окружности относительно точки подачи дозы растворителя, измеряют изменение во времени ЭДС гальванического преобразователя и рассчитывают искомый коэффициент диффузии по установленной зависимости.A known method for determining the diffusion coefficient of solvents in massive products made of capillary-porous materials (RF patent 2492457, IPC 11 G 01N 27/26, G 01N 13/00, 10.09.2013, Bull. No. 25.). In a massive product made of capillary-porous materials having at least one flat surface (for example, cement or gypsum boards), a uniform initial distribution of the solvent is created. Then, a pulsed point contact of the flat surface of the test item with a source of solvent is made, after which this surface is waterproofed, the electrodes of the galvanic converter are placed on this surface along a concentric circle relative to the point of supply of the solvent dose, the change in time of the EMF of the galvanic converter is measured and the required diffusion coefficient is calculated according to the established dependence .

Недостатками этого способа являются низкая точность определения коэффициента диффузии растворителей в изделиях из ортотропных материалов вследствие неадекватности используемого математического описания процесса массопереноса в массивном изделии при точечном импульсном воздействии из-за существенного различия свойств материала в различных направлениях.The disadvantages of this method are the low accuracy of determining the diffusion coefficient of solvents in products made of orthotropic materials due to the inadequacy of the used mathematical description of the mass transfer process in a massive product under point pulse action due to a significant difference in material properties in different directions.

Наиболее близким является способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов (патент РФ № 2782850, G 01N 13/00, G 01N 27/26, , 03.11.2022, Бюл. № 31). В массивном изделии из ортотропного капиллярно-пористого материала, имеющего по крайней мере одну плоскую поверхность (например, цементные или гипсовые плиты), создают равномерное начальное распределение растворителя, гидроизолируют верхнюю плоскую поверхность образца, в начальный момент времени осуществляют импульсное линейное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия в заданном направлении ортотропного материала по прямой линии движущимся источником растворителя постоянной производительности, выполняют электроды двух гальванических преобразователей в виде прямолинейных отрезков и располагают их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения и на разных расстояниях r 1 и r 2 от нее, фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E 1 и второго датчика E 2 из диапазона (0,7 – 0,9)E e на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков и рассчитывают коэффициент диффузии по установленной зависимости, где E e - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния.The closest is the method for determining the diffusion coefficient in massive products made of orthotropic capillary-porous materials (RF patent No. 2782850, G 01N 13/00, G 01N 27/26, 03.11.2022, Bull. No. 31). In a massive product made of an orthotropic capillary-porous material having at least one flat surface (for example, cement or gypsum boards), a uniform initial distribution of the solvent is created, the upper flat surface of the sample is waterproofed, and at the initial moment of time, pulsed linear moistening of the upper surface of the test product is carried out. in a given direction of an orthotropic material along a straight line by a moving solvent source of constant productivity, the electrodes of two galvanic converters are made in the form of straight segments and placed on both sides of the pulsed humidification line on straight lines parallel to the pulsed humidification line and at different distances r 1 and r 2 from it , fix the time points τ 1 and τ 2 at which the same values of the signals of the first sensor E 1 and the second sensor E 2, respectively, from the range (0.7 - 0.9) E e are achieved on the descending branches of the curves of changes in the signals over time of these two sensors and the diffusion coefficient is calculated according to the established dependence, where E e is the maximum possible value of the sensor signal corresponding to the transition of the solvent from the region of the material under study associated with the solid phase to the region of the free state.

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

1. Низкая чувствительность и нестабильность работы применяемых гальванических преобразователей при недостаточной дозе вносимого растворителя при импульсном воздействии по сравнению с требуемым (заранее неизвестным), что делает невозможным применение данного метода. При измерении коэффициента диффузии по данному способу существует большая вероятность того, что получаемые в эксперименте кривые изменения сигналов во времени обоих гальванических преобразователей или одного - наиболее удаленного от точки нанесения импульсного воздействия (фигура 1, кривая 2), могут находиться на начальном участке статической характеристики гальванического преобразователя в области малых концентраций с нестабильным сигналом. 1. Low sensitivity and instability of the applied galvanic converters with an insufficient dose of the introduced solvent under pulsed action compared to the required (previously unknown), which makes it impossible to use this method. When measuring the diffusion coefficient by this method, there is a high probability that the curves of signal changes in time obtained in the experiment of both galvanic converters or one - the most distant from the point of application of the impulse action (figure 1, curve 2), can be located in the initial section of the static characteristic of the galvanic transducer in the area of low concentrations with an unstable signal.

2. Низкая точность измерения искомого коэффициента диффузии при завышенной дозе вносимого растворителя по сравнению с требуемым (заранее неизвестным). В этом случае значительно увеличивается длительность эксперимента (фигура 3, кривые 1 и 2), и существенно увеличивается погрешность измерения искомого коэффициента диффузии. Причем негативные последствия превышения вносимой дозы увеличиваются по мере отклонения в большую сторону величины вносимой дозы. 2. Low accuracy of measurement of the desired diffusion coefficient at an overestimated dose of the introduced solvent compared to the required (previously unknown). In this case, the duration of the experiment increases significantly (figure 3, curves 1 and 2), and the measurement error of the desired diffusion coefficient increases significantly. Moreover, the negative consequences of exceeding the introduced dose increase as the value of the introduced dose deviates upwards.

Техническая задача предлагаемого технического решения предполагает повышение точности измерения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов.The technical problem of the proposed technical solution involves increasing the accuracy of measuring the diffusion coefficient of solvents in massive products made of orthotropic capillary-porous materials.

Техническая задача достигается тем, что в отличие от прототипа (патент РФ на изобретение № 2782850, G 01N 13/00, G 01N 27/26, , 03.11.2022, Бюл. № 31) измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала E max2 более удаленного от точки нанесения импульсного воздействия второго гальванического датчика, равного (0,75 – 0,95)E e, а расчет искомого коэффициента диффузии производят при значениях сигналов обоих датчиков E 1 и E 2, равных (E max2 - 0,05E e), где E e - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния. Причем, если после нанесения импульса дозой растворителя максимальное значение сигнала более удаленного от линии нанесения импульсного воздействия второго гальванического преобразователя E max2 наблюдается за пределами диапазона (0,75 – 0,95)E e, ожидают снижение сигналов преобразователей до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, и эту процедуру повторяют до вхождения максимального значения сигнала преобразователя E max2 в указанный диапазон, после чего рассчитывают искомый коэффициент диффузии.The technical problem is achieved by the fact that, unlike the prototype (RF patent for the invention No. 2782850, G 01N 13/00, G 01N 27/26, 03.11.2022, Bull. No. 31), the diffusion coefficient is measured under the condition that the maximum is reached in the experiment signal E max2 more distant from the point of application of the impulse action of the second galvanic sensor, equal to (0.75 - 0.95) E e , and the calculation of the desired diffusion coefficient is carried out with the values of the signals of both sensors E 1 and E 2 equal to ( E max2 - 0 ,05 E e ), where E e is the maximum possible value of the sensor signal, corresponding to the transition of the solvent from the region of the material under study associated with the solid phase to the region of the free state. Moreover, if after applying the pulse with a solvent dose, the maximum value of the signal of the second galvanic converter E max2 , which is more distant from the line of applying the pulse action, is observed outside the range (0.75 - 0.95) E e , the converter signals are expected to decrease to the initial value, and then a new impulse action with an increased or reduced dose of the solvent, and this procedure is repeated until the maximum value of the transducer signal E max2 enters the specified range, after which the desired diffusion coefficient is calculated.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. К плоской поверхности массивного изделия с равномерным начальным распределением растворителя прижимается зонд с импульсным линейным источником массы и расположенными с обеих сторон линии импульсного воздействия на прямых, параллельных линии импульсного воздействия и на различном расстоянии от нее двух пар электродов гальванических преобразователей в виде прямолинейных отрезков. The essence of the proposed method is as follows. A probe with a pulsed linear source of mass and two pairs of electrodes of galvanic converters in the form of rectilinear segments located on both sides of the line of pulse action on straight lines parallel to the line of pulse action and at different distances from it is pressed against a flat surface of a massive product with a uniform initial distribution of the solvent.

Зонд имеет прямолинейный паз, в котором размещают линейный импульсный источник растворителя. После подачи импульса дозой растворителя источник 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 - дозы растворителя (мгновенного «увлажнения» линии поверхности изделия) фиксируют изменение ЭДС гальванических преобразователей во времени. The probe has a straight slot in which a linear pulsed solvent source is placed. After applying a pulse with a dose of solvent, the source is removed from the probe, the straight groove is sealed with a plug, and the probe itself provides waterproofing of the sample surface in the area of the source and the area adjacent to it to control the spread of the solvent. After applying a pulse - a dose of solvent (instantaneous "wetting" of the line of the surface of the product) fix the change in the EMF of galvanic converters in time.

Для расчета технологических процессов получения и эксплуатации изделий из ортотропных материалов необходимы данные по коэффициентам диффузии, прежде всего в поперечном к расположению волокон направлении, т.к. диффузия именно в этом направлении является лимитирующей стадией процессов массопереноса (например, сушка пиломатериалов).To calculate the technological processes for the production and operation of products from orthotropic materials, data on diffusion coefficients are required, primarily in the direction transverse to the location of the fibers, since diffusion in this direction is the limiting stage of mass transfer processes (for example, lumber drying).

Для обеспечения контроля коэффициента диффузии растворителя в поперечном к расположению волокон направлении ортотропного материала линию импульсного воздействия ориентируют вдоль волокон материала. При этом обеспечивается однонаправленный массоперенос в нужном направлении, не искаженный массопереносом в направлении, перпендикулярном к исследуемому. За счет этого повышается точность контроля и возможность определения коэффициента диффузии растворителей в поперечном к расположению волокон направлении ортотропного капиллярно-пористого материала. To control the diffusion coefficient of the solvent in the direction transverse to the location of the fibers of the orthotropic material, the line of impulse action is oriented along the fibers of the material. This ensures unidirectional mass transfer in the desired direction, not distorted by mass transfer in the direction perpendicular to the investigated. This increases the accuracy of control and the possibility of determining the diffusion coefficient of solvents in the direction transverse to the location of the fibers of the orthotropic capillary-porous material.

Если в эксперименте максимум сигнала E max2 более удаленного от точки нанесения импульсного воздействия второго датчика наблюдается в пределах (0,75 – 0,95)E e, то производят расчет искомого коэффициента диффузии на основании данных о моментах времени

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, при которых фиксируются значения сигналов обоих датчиков E 1 и E 2, приблизительно равных (E max2 - 0,05E e) по формуле:If in the experiment the maximum signal E max2, which is more distant from the point of application of the impulse action of the second sensor, is observed within (0.75 - 0.95) E e , then the desired diffusion coefficient is calculated based on data on time points
Figure 00000001
And
Figure 00000002
, at which the values of the signals of both sensors E 1 and E 2 are fixed, approximately equal to ( E max2 - 0.05 E e ) according to the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
.Where
Figure 00000004
.

Если после нанесения импульса дозой растворителя максимальное значение сигнала более удаленного от точки нанесения импульсного воздействия второго гальванического преобразователя E max2 наблюдается за пределами диапазона (0,75 – 0,95)E e, то ожидают снижение сигналов преобразователей до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, причем эту процедуру повторяют до вхождения максимального значения сигнала преобразователя E max2 в указанный диапазон, после чего рассчитывают искомый коэффициент диффузии по той же процедуре с применением расчетного выражения (1).If, after applying the pulse with a dose of solvent, the maximum value of the signal of the second galvanic converter E max2 , which is more distant from the point of applying the pulse action, is observed outside the range (0.75 - 0.95) E e , then the converter signals are expected to decrease to the initial value, and then a new one is performed. pulse exposure with an increased or reduced dose of the solvent, and this procedure is repeated until the maximum value of the transducer signal E max2 enters the specified range, after which the desired diffusion coefficient is calculated using the same procedure using the calculation expression (1).

Среднеквадратическая оценка

Figure 00000005
относительной погрешности измерения искомого коэффициента диффузии по расчетному соотношению (1), имеет вид: RMS estimate
Figure 00000005
relative measurement error of the desired diffusion coefficient according to the calculated relation (1), has the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
и
Figure 00000008
– относительная погрешность определения моментов времени соответственно
Figure 00000001
и
Figure 00000002
(при условии равенства абсолютных погрешностей определения моментов времени
Figure 00000009
);
Figure 00000010
– относительная погрешность определения координаты расположения гальванического датчика;Where
Figure 00000007
And
Figure 00000008
is the relative error in determining the moments of time, respectively
Figure 00000001
And
Figure 00000002
(provided that the absolute errors in determining the moments of time are equal
Figure 00000009
);
Figure 00000010
– relative error in determining the location coordinate of the galvanic sensor;

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

В формулах (3) и (4) символами ∆ обозначены абсолютные погрешности определения разности

Figure 00000013
и логарифма
Figure 00000014
.In formulas (3) and (4), the symbols ∆ denote the absolute errors in determining the difference
Figure 00000013
and logarithm
Figure 00000014
.

При фиксированных значениях r 1 и r 2, реализованных в устройстве, погрешности разности

Figure 00000015
и логарифма
Figure 00000016
, определяемые по формулам (3), (4), являются доминантами результирующей погрешности измерения искомого коэффициента диффузии (2), т.к. в них также присутствуют погрешности
Figure 00000017
и
Figure 00000008
.With fixed values of r 1 and r 2 implemented in the device, the difference errors
Figure 00000015
and logarithm
Figure 00000016
, determined by formulas (3), (4), are the dominants of the resulting measurement error of the desired diffusion coefficient (2), because they also contain errors.
Figure 00000017
And
Figure 00000008
.

При увеличении вносимой дозы растворителя уменьшается разница между значениями

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, входящих в расчетное выражение (1) (фигура 3, кривые 1 и 2), что приводит к росту относительных погрешностей (3),(4), т.к. при уменьшении разницы между значениями
Figure 00000001
и
Figure 00000002
уменьшаются оба знаменателя в выражениях (3) и (4), а
Figure 00000014
стремится к нулю. Поэтому измерение искомого коэффициента диффузии необходимо проводить не только в области стабильной работы применяемых преобразователей в диапазоне (0,7 – 0,9)E e, но и при возможно большей разнице значений
Figure 00000001
и
Figure 00000002
.With an increase in the introduced dose of the solvent, the difference between the values decreases
Figure 00000001
And
Figure 00000002
included in the calculation expression (1) (figure 3, curves 1 and 2), which leads to an increase in relative errors (3), (4), because when the difference between the values decreases
Figure 00000001
And
Figure 00000002
both denominators in expressions (3) and (4) decrease, and
Figure 00000014
tends to zero. Therefore, the measurement of the desired diffusion coefficient must be carried out not only in the region of stable operation of the applied transducers in the range (0.7 - 0.9) E e , but also with the largest possible difference in values
Figure 00000001
And
Figure 00000002
.

Примеры. Были проведены исследования коэффициента диффузии влаги поперек волокон теплоизолирующих блоков, отформованных с использованием неорганического связующего, толщиной 50 мм, плотностью в сухом состоянии 460 кг/м. куб. Расстояние от источника дозы растворителя до расположения электродов гальванических преобразователей: r 1 = 4 мм и r 2 = 5 мм. Размеры прямолинейных отрезков электродов гальванического преобразователя, контактирующих с исследуемым материалом, - 5 мм, длина линии импульсного воздействия 90 мм. Импульсное воздействие осуществлялось движущимся источником с равномерной подачей влаги. Количество внесенной влаги определялось по мерной емкости. Исследования проводились при комнатной температуре.Examples. Studies were carried out on the diffusion coefficient of moisture across the fibers of heat-insulating blocks molded using an inorganic binder, 50 mm thick, with a dry density of 460 kg/m. cube The distance from the source of the solvent dose to the location of the electrodes of the galvanic converters: r 1 = 4 mm and r 2 = 5 mm. The dimensions of the rectilinear segments of the electrodes of the galvanic converter in contact with the test material are 5 mm, the length of the pulse action line is 90 mm. The impulse action was carried out by a moving source with a uniform supply of moisture. The amount of introduced moisture was determined by measuring capacity. The studies were carried out at room temperature.

На фигурах 1-3 представлены кривые изменения ЭДС гальванических преобразователей в относительных единицах к E e при различных величинах вносимых доз влаги: соответственно 1.2×10-4, 1.4×10-4 и 3.1×10-4 кг.Figures 1-3 show the curves of changes in the EMF of galvanic converters in relative units to E e at different values of introduced doses of moisture: respectively 1.2×10 -4 , 1.4×10 -4 and 3.1×10 -4 kg.

Пример 1. Анализ результатов, представленных на фигуре 1, свидетельствует о том, что достигаемый максимум ЭДС на втором более удаленном датчике при дозе 1.2×10-4 кг составляет величину E max2 - 0,75 E e (фигура 1, кривая 2). В этом случае не удается определить значение τ2 с требуемой точностью, т.к. значение E 2 попадает на нестабильный участок статической характеристики гальванического преобразователя. А стремление использовать значение E 2 ≈ 0,7 E e приводит к существенной погрешности измерения момента времени τ2 вследствие низкой чувствительности датчика вблизи максимума кривой, где производная сигнала по времени стремится к нулю (фигура 1, кривая 2). При использовании импульса менее 1.2×10-4 кг вообще невозможно надежно фиксировать значение τ2, т.к. изменение ЭДС второго датчика происходит в нестабильной области статической характеристики гальванического преобразователя. Example 1. Analysis of the results presented in figure 1 indicates that the maximum EMF achieved at the second more remote sensor at a dose of 1.2×10 -4 kg is E max2 - 0.75 E e (figure 1, curve 2). In this case, it is not possible to determine the value of τ 2 with the required accuracy, because the value of E 2 falls on the unstable section of the static characteristic of the galvanic converter. And the desire to use the value of E 2 ≈ 0.7 E e leads to a significant measurement error of time τ 2 due to the low sensitivity of the sensor near the maximum of the curve, where the time derivative of the signal tends to zero (figure 1, curve 2). When using an impulse of less than 1.2×10 -4 kg, it is generally impossible to reliably fix the value of τ 2 , because the change in the EMF of the second sensor occurs in the unstable region of the static characteristic of the galvanic converter.

Пример 2. При дозе 1.4×10-4 кг достигаемый максимум на втором более удаленном датчике наблюдается на нижнем пределе диапазона (0,75 – 0,95)E e (фигура 2, кривая 2). При этом имеется возможность надежного фиксирования моментов времени τ1 и τ2 при значениях сигналов обоих датчиков E 2 и E 1 (фигура 2, кривая 1), приблизительно равныхExample 2. At a dose of 1.4×10 -4 kg, the maximum achieved on the second more remote sensor is observed at the lower limit of the range (0.75 - 0.95) E e (figure 2, curve 2). In this case, it is possible to reliably fix the times τ 1 and τ 2 with the values of the signals of both sensors E 2 and E 1 (figure 2, curve 1) approximately equal to

Figure 00000018
Figure 00000018

В этом случае используется значение ЭДС преобразователей, находящихся на нижней границе рационального участка (0,7 – 0,9) E e их статической характеристики со стабильным помехозащищенным сигналом. Фиксирование моментов времени τ1 и τ2 при больших значениях сигналов обоих датчиков E 2 и E 1 связано с увеличением погрешности за счет снижения чувствительности преобразователей вблизи наблюдаемого максимума, где производная сигнала по времени стремится к нулю (фигура 2, кривая 2). При использовании значения 0,7 E e получены следующие данные:

Figure 00000001
= 3150 с,
Figure 00000002
= 2375 с,
Figure 00000019
= 775 с,
Figure 00000020
≈ 0,282. Рассчитанное по (1) значение искомого коэффициента диффузии равно 4.82×10-9 ≈ 4.8 ×10-9 м2/с.In this case, the value of the EMF of the transducers located at the lower boundary of the rational area (0.7 - 0.9) E e of their static characteristics with a stable noise-immune signal is used. Fixing the times τ 1 and τ 2 at large values of the signals of both sensors E 2 and E 1 is associated with an increase in the error due to a decrease in the sensitivity of the transducers near the observed maximum, where the time derivative of the signal tends to zero (figure 2, curve 2). When using the value of 0.7 E e, the following data are obtained:
Figure 00000001
= 3150 s,
Figure 00000002
= 2375 s,
Figure 00000019
= 775 s,
Figure 00000020
≈ 0.282. The value of the desired diffusion coefficient calculated by (1) is 4.82×10 -9 ≈ 4.8×10 -9 m 2 /s.

Пример 3. При дозе 3.1×10-4 кг достигаемый максимум на втором более удаленном датчике наблюдается на верхнем пределе диапазона (0,75 – 0,95)E e (фигура 3, кривая 2). В этом случае можно измерять искомый коэффициент диффузии при равных значениях ЭДС преобразователей E 1 и E 2 из всего рационального диапазона (0,7 – 0,9)E e. В таблице представлены результаты измерения при различных значениях ЭДС преобразователей.Example 3. At a dose of 3.1×10 -4 kg, the maximum achieved on the second more remote sensor is observed at the upper limit of the range (0.75 - 0.95) E e (figure 3, curve 2). In this case, it is possible to measure the desired diffusion coefficient at equal values of the EMF of the converters E 1 and E 2 from the entire rational range (0.7 - 0.9) E e . The table shows the measurement results for various values of the EMF of the transducers.

Значение ЭДС
E 1/E e = E 2/E e EMF value
E 1 / E e = E 2 / E e

Figure 00000001
,с
Figure 00000001
,With
Figure 00000002
,с
Figure 00000002
,With
Figure 00000019
,с
Figure 00000019
,With
Figure 00000020
Figure 00000020
 D×109, м2/с. D ×10 9 , m 2 / s. 0,90.9 36493649 29512951 698698 0,2120.212 4,814.81 0,850.85 46914691 40654065 626626 0,1430.143 4,784.78 0,80.8 57985798 52035203 595595 0,1080.108 4,724.72 0,750.75 69516951 64036403 548548 0,0820.082 4,884.88 0,70.7 81988198 76897689 509509 0,0640.064 5,075.07

Анализ данных, приведенных в таблице и результатов при меньшей дозе, равной 1.4×10-4 кг (пример 2), показывает, что с увеличением дозы снижаются значения

Figure 00000019
и особенно
Figure 00000020
, входящих в знаменатели составляющих (3) и (4). Кроме того, если используется доза 3.1×10-4 кг (пример 3), то при выборе для расчета искомого коэффициента диффузии более низкого уровня приравниваемых значений E 1 и E 2 также закономерно снижаются значения
Figure 00000019
и особенно
Figure 00000020
, что приводит к росту составляющих (3) и (4) результирующей погрешности измерения искомого коэффициента диффузии (2). Например, фиксирование моментов времени
Figure 00000001
и
Figure 00000002
при E 1 = E 2.= 0.7E e увеличивает погрешность (4) в 3,3 раза по сравнению с фиксированием при E 1 = E 2 = 0.9E e за счет уменьшения
Figure 00000020
в знаменателе (4). Это происходит вследствие приближения кривых друг к другу при одновременном увеличении длительности эксперимента. Для повышения точности измерения искомого коэффициента диффузии целесообразно фиксировать значения моментов времени
Figure 00000001
и
Figure 00000002
при максимально возможных одинаковых значениях E 1 и E 2. Однако при использовании значений E 1 и E 2 вблизи максимума кривой 2 приводит к увеличению погрешности измерения момента времени
Figure 00000002
за счет снижения чувствительности изменения ЭДС более удаленного от источника преобразователя от времени, где производная сигнала по времени стремится к нулю (фигура 3, кривая 2). Поэтому с целью снижения негативного влияния повышения погрешности в окрестности максимума кривой 2 фиксирование моментов времени τ1 и τ2 целесообразно проводить при одинаковых значениях E 1 и E 2, меньших максимума E max2 приблизительно на 0.05E e:Analysis of the data given in the table and the results at a lower dose of 1.4×10 -4 kg (example 2) shows that with increasing dose, the values decrease
Figure 00000019
and especially
Figure 00000020
included in the denominators of components (3) and (4). In addition, if a dose of 3.1×10 -4 kg is used (example 3), then when choosing a lower level of equivalent values of E 1 and E 2 for calculating the desired diffusion coefficient, the values also naturally decrease
Figure 00000019
and especially
Figure 00000020
, which leads to an increase in the components (3) and (4) of the resulting measurement error of the desired diffusion coefficient (2). For example, fixing points in time
Figure 00000001
And
Figure 00000002
at E 1 = E 2 .= 0.7 E e increases the error (4) by a factor of 3.3 compared to fixing at E 1 = E 2 = 0.9 E e due to the reduction
Figure 00000020
in the denominator (4). This occurs due to the approximation of the curves to each other with a simultaneous increase in the duration of the experiment. To improve the measurement accuracy of the desired diffusion coefficient, it is advisable to fix the values of time points
Figure 00000001
And
Figure 00000002
at the maximum possible identical values of E 1 and E 2 . However, when using the values of E 1 and E 2 near the maximum of curve 2, it leads to an increase in the measurement error of the moment of time
Figure 00000002
by reducing the sensitivity of the change in the EMF more remote from the source of the transducer on time, where the time derivative of the signal tends to zero (figure 3, curve 2). Therefore, in order to reduce the negative impact of the increase in the error in the vicinity of the maximum of curve 2, it is advisable to fix the time points τ 1 and τ 2 at the same values of E 1 and E 2 , which are approximately 0.05 E e less than the maximum E max2 :

Figure 00000021
Figure 00000021

Анализ кривых на фигурах 1,2,3 показывает, что при увеличении вносимой дозы наблюдаются тенденции к увеличению значений

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, соответствующих выбранным значениям E 1 и E 2 из требуемого диапазона (0,7 – 0,9)E e при одновременном снижении их разности
Figure 00000019
. Причем, чем выше величина вносимой дозы, тем эти тенденции более выражены.An analysis of the curves in figures 1,2,3 shows that with an increase in the applied dose, there are tendencies to increase the values
Figure 00000001
And
Figure 00000002
corresponding to the selected values of E 1 and E 2 from the required range (0.7 - 0.9) E e while reducing their difference
Figure 00000019
. Moreover, the higher the value of the introduced dose, the more pronounced these tendencies are.

Поэтому увеличение дозы свыше 3.1×10-4 кг (при которой E max2 ˃0,95E e) не целесообразно, т.к. происходит дальнейшее снижение

Figure 00000019
и особенно
Figure 00000020
, что приводит к росту составляющих (3) и (4) результирующей погрешности измерения искомого коэффициента диффузии (2).Therefore, increasing the dose over 3.1×10 -4 kg (at which E max2 ˃0.95 E e ) is not advisable, because there is a further decline
Figure 00000019
and especially
Figure 00000020
, which leads to an increase in the components (3) and (4) of the resulting measurement error of the desired diffusion coefficient (2).

Таким образом, при достижении в эксперименте максимума сигнала E max2 более удаленного от линии нанесения импульсного воздействия второго датчика в пределах (0,75 – 0,95)E e (фигуры 2 и 3, кривая 2) обеспечивается возможность фиксирования моментов времени τ1 и τ2 при равных значениях сигналов обоих датчиков E 2 и E 1 (фигуры 2 и 3, кривые 1, 2) на участке статической характеристики преобразователей в диапазоне (0,7 – 0,9)E e со стабильным помехозащищенным сигналом. Для повышения точности измерения искомого коэффициента диффузии целесообразно в расчетах использовать значения моментов времени

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, фиксируемых при одинаковых значениях E 1 и E 2, приблизительно равных (E max2 – 0,05E e).Thus, when the maximum signal E max2 is reached in the experiment, which is more distant from the line of application of the impulse action of the second sensor within (0.75 - 0.95) E e (figures 2 and 3, curve 2), it is possible to fix the time points τ 1 and τ 2 with equal values of the signals of both sensors E 2 and E 1 (figures 2 and 3, curves 1, 2) in the area of the static characteristics of the transducers in the range (0.7 - 0.9) E e with a stable noise-immune signal. To improve the measurement accuracy of the desired diffusion coefficient, it is advisable to use the values of time points in calculations
Figure 00000001
And
Figure 00000002
fixed at the same values of E 1 and E 2 , approximately equal ( E max2 - 0.05 E e ).

Claims (2)

1. Способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов, заключающийся в том, что в исследуемом образце создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя, гидроизолируют верхнюю плоскую поверхность образца, в начальный момент времени осуществляют импульсное линейное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия в заданном направлении ортотропного материала по прямой линии движущимся источником растворителя постоянной производительности, выполняют электроды двух гальванических преобразователей в виде прямолинейных отрезков и располагают их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения и на разных расстояниях r 1 и r 2 от нее, фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E 1 и второго датчика E 2 из диапазона (0,7–0,9) E e на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков, и рассчитывают коэффициент диффузии, отличающийся тем, что измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала E max2, более удаленного от линии нанесения импульсного воздействия второго гальванического датчика, равного (0,75–0,95) E e, а расчет искомого коэффициента диффузии производят при значениях сигналов обоих датчиков E 1 и E 2, приблизительно равных (E max2-0,05E e), где E e - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния.1. A method for determining the diffusion coefficient in massive products made of orthotropic capillary-porous materials, which consists in creating a uniform initial content of the solvent distributed in the solid phase in the test sample, waterproofing the upper flat surface of the sample, and at the initial moment of time, pulsed linear wetting of the upper surface is carried out of the article under study in a given direction of an orthotropic material in a straight line by a moving solvent source of constant productivity, the electrodes of two galvanic converters are made in the form of straight segments and placed on both sides of the pulsed humidification line on straight lines parallel to the pulsed humidification line and at different distances r 1 and r 2 from it, fix the time points τ 1 and τ 2 at which the same values of the signals of the first sensor E 1 and the second sensor E 2 , respectively, from the range (0.7–0.9) E e are achieved on the descending branches of the curves of changes in the signals over time of these two sensors, and calculate the diffusion coefficient, characterized in that the measurement of the diffusion coefficient is carried out under the condition that the maximum signal E max2 is reached in the experiment, which is more distant from the line of application of the impulse action of the second galvanic sensor, equal to (0.75–0.95) E e , and the calculation of the desired diffusion coefficient is carried out with the values of the signals of both sensors E 1 and E 2 approximately equal to ( E max2 -0.05 E e ), where E e is the maximum possible value of the sensor signal corresponding to the transition of the solvent from the area associated with the solid phase of the investigated material into the free state. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при достижении максимального значения сигнала второго гальванического преобразователя E max2 после нанесения импульса дозой растворителя за пределами диапазона (0,75–0,95)E e ожидают снижение сигналов преобразователей до начального значения, а затем осуществляют новое импульсное воздействие увеличенной или уменьшенной дозой растворителя, причем эту процедуру повторяют до вхождения максимального значения сигнала преобразователя E max2 в указанный диапазон, после чего рассчитывают искомый коэффициент диффузии.2. The method according to claim 1, characterized in that when the maximum value of the signal of the second galvanic converter E max2 is reached after applying a pulse with a solvent dose outside the range (0.75–0.95) E e , the converter signals are expected to decrease to the initial value, and then a new impulse action is carried out with an increased or reduced dose of the solvent, and this procedure is repeated until the maximum value of the transducer signal E max2 enters the specified range, after which the desired diffusion coefficient is calculated.
RU2023105117A 2023-03-06 Method for determining diffusion coefficient in massive products of capillary-porous materials RU2798688C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798688C1 true RU2798688C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469292C1 (en) * 2011-04-08 2012-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of determining diffusion coefficient of liquid in capillary-porous body
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
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
RU2782850C1 (en) * 2022-02-24 2022-11-03 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 orthotropic capillary-porous materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469292C1 (en) * 2011-04-08 2012-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of determining diffusion coefficient of liquid in capillary-porous body
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
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
RU2782850C1 (en) * 2022-02-24 2022-11-03 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 orthotropic capillary-porous materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McCarter et al. Resistivity characteristics of concrete.
CN111257377A (en) ECT sensor calibration method
RU2798688C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in massive products of capillary-porous materials
RU2797138C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2822303C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in massive articles from orthotropic capillary-porous materials
RU2797140C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in massive products capillary-porous materials
RU2705655C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from orthotropic capillary-porous materials
RU2659195C1 (en) Method for the solvents in solid products made of capillary-porous materials diffusion coefficient determination
RU2497099C1 (en) Method to determine coefficient of moisture conduction of sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2819561C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from capillary-porous materials
CN108956302A (en) A method of measurement compressive strength of aerated autoclaved concrete blocks
RU2677259C1 (en) Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method
RU2797137C1 (en) Method for determining diffusion coefficient in sheet capillary-porous materials
RU2739749C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from orthotropic capillary-porous materials
RU2643174C1 (en) Method for determining diffusion coefficient of solvents in sheet capillary-porous materials
RU2822302C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
CN112394101B (en) Online detection method and device for dry shrinkage strain of wood surface
RU2819559C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in sheet capillary-porous materials
Peters et al. Thermal conductivity of gaseous CFCl 3 (Freon 11) and CF 2 Cl 2 (Freon 12) and their mixtures with N 2 at 292K
RU2782682C1 (en) Method for determining the diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
RU2705651C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials
CN105547902A (en) Method for determination of moisture-proof curve of tobacco capsules
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
RU2661447C1 (en) Method for determining diffusion coefficient of solvent in sheet orthotropic capillary-porous materials