RU87802U1

RU87802U1 - DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF WET DISPERSED MATERIALS

Info

Publication number: RU87802U1
Application number: RU2009121071/22U
Authority: RU
Inventors: Василий Агафонович Лотов; Людмила Григорьевна Лотова
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2009-10-20

Abstract

1. Устройство для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов, содержащее цилиндрическую емкость со съемным нижним основанием для исследуемого материала и электроды, подключенные к электрической цепи электроизмерительного прибора, отличающееся тем, что в цилиндрической емкости размещен индентор, выполненный в виде пустотелого усеченного конуса и снабженный выводным каналом, над которым помещен измерительный сосуд из диэлектрического материала, выполненный в виде трубки и снабженный двумя электродами. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный сосуд выполнен в виде пустотелой четырехгранной призмы, на внутренней поверхности противоположных граней которой размещены электроды пластинчатой формы. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный сосуд выполнен в виде пустотелого цилиндра, на внутренней поверхности которого размещены электроды кольцеобразной формы.1. A device for measuring the electrical conductivity of wet dispersed materials, containing a cylindrical container with a removable lower base for the test material and electrodes connected to the electrical circuit of an electrical measuring device, characterized in that the indenter is made in the cylindrical container, made in the form of a hollow truncated cone and equipped with an output channel over which a measuring vessel of dielectric material is placed, made in the form of a tube and provided with two electrodes. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring vessel is made in the form of a hollow tetrahedral prism, on the inner surface of the opposite faces of which plate-shaped electrodes are placed. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the measuring vessel is made in the form of a hollow cylinder, on the inner surface of which there are ring-shaped electrodes.

Description

Полезная модель относится к устройствам для измерения электропроводности текущих сред, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов для измерения, и может найти применение для определения величины электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других дисперсных материалов.The utility model relates to devices for measuring the electrical conductivity of flowing media, namely, the designs of measuring vessels and electrodes for measuring, and can be used to determine the electrical conductivity of moist soils and soils, ceramic masses, cement pastes, concentrated suspensions and other dispersed materials.

Известно устройство для измерения электропроводности грунтов (Патент РФ №2044308, МПК 6 G01N 27/22, опубл. в Б.И. №26, 1995 г.). Это устройство представляет собой цилиндрическую емкость для исследуемого грунта, на съемном нижнем основании которой размещены один питающий и два приемных электрода, а один питающий электрод размещен в боковой стенке емкости. При этом цилиндрическая емкость и основание изготовлены из диэлектрического материала, а электроды подключены к электрической цепи электроизмерительного прибора.A device for measuring the electrical conductivity of soils (RF Patent No. 2044308, IPC 6 G01N 27/22, publ. In B.I. No. 26, 1995). This device is a cylindrical container for the test soil, on a removable lower base of which there is one supply and two receiving electrodes, and one supply electrode is placed in the side wall of the container. In this case, the cylindrical container and the base are made of dielectric material, and the electrodes are connected to the electrical circuit of the electrical measuring device.

Недостатки устройства по патенту РФ №2044308: низкая точность и производительность измерений. Первый недостаток объясняется следующим. В процессе измерения грунт находится в статическом, произвольно уплотненном состоянии, причем на него не оказывается давление извне. По этой причине контакт между грунтом и электродами ненадежен, а контакт между частицами грунта недостаточно плотен. Второй недостаток объясняется тем, что для получения достоверных данных измерения электропроводности грунта необходимо производить многократно, причем эти измерения осуществляются вручную.The disadvantages of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2044308: low accuracy and measurement performance. The first drawback is explained by the following. In the process of measuring the soil is in a static, arbitrarily compacted state, and there is no external pressure on it. For this reason, the contact between the soil and the electrodes is unreliable, and the contact between the soil particles is not tight enough. The second drawback is due to the fact that in order to obtain reliable data, measurements of the electrical conductivity of the soil must be performed repeatedly, and these measurements are carried out manually.

Поставлена задача повысить точность и производительность измерений электропроводности материала.The task is to increase the accuracy and performance of measurements of the electrical conductivity of the material.

Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом устройство для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов содержит цилиндрическую емкость со съемным нижним основанием для исследуемого материала и электроды, подключенные к электрической цепи электроизмерительного прибора. Согласно полезной модели в цилиндрической емкости размещен индентор, выполненный в виде пустотелого усеченного конуса и снабженного выводным каналом, над которым помещен измерительный сосуд из диэлектрического материала, выполненный также в виде канала и снабженный двумя электродами. При этом измерительный сосуд выполнен в виде пустотелой четырехгранной призмы, на внутренней поверхности противоположных граней которой закреплены два электрода пластинчатой формы, либо в виде пустотелого цилиндра, на внутренней поверхности которого закреплены два электрода кольцеобразной формы.This problem is solved as follows. In accordance with the prototype, a device for measuring the electrical conductivity of wet dispersed materials contains a cylindrical container with a removable lower base for the material under study and electrodes connected to the electrical circuit of the electrical measuring device. According to a utility model, an indenter is placed in a cylindrical container made in the form of a hollow truncated cone and provided with an output channel, over which a measuring vessel of dielectric material is placed, also made in the form of a channel and equipped with two electrodes. In this case, the measuring vessel is made in the form of a hollow tetrahedral prism, on the inner surface of the opposite faces of which two plate-shaped electrodes are fixed, or in the form of a hollow cylinder, on the inner surface of which two ring-shaped electrodes are fixed.

Далее сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых в продольном разрезе схематично изображена конструкция устройства для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов.Further, the essence of the utility model is illustrated by drawings, in which a longitudinal section schematically shows the design of a device for measuring the electrical conductivity of wet dispersed materials.

Устройство для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов состоит из цилиндрической емкости 1 со съемным нижним основанием 2 для исследуемого влажного дисперсного материала 3, индентора 4, выполненного в виде пустотелого усеченного конуса, выводного канала 5, расположенного в верхней части индентора, и измерительного сосуда 6 из диэлектрического материала, снабженного двумя электродами 7. Цилиндрическая емкость 1 со съемным основанием 2, индентор 4 и выводной канал 5 изготавливаются из металла, а измерительный сосуд 6 - из прочного диэлектрического материала, например, керамики, стекла, пластика. Измерительный сосуд 6 с электродами 7 изолирован от металлического индентора 4 слоем диэлектрического материала 8. Внешний диаметр основания индентора 4 равен внутреннему диаметру цилиндрической емкости 1. Измерительный сосуд 6 совмещен с выводным каналом 5 и представляет собой также канал в виде пустотелой призмы с прямоугольным поперечным сечением, в частности, квадратным (Фиг.1). На внутренней поверхности противоположных граней призмы закреплены пластинчатые электроды 7, которые посредством клемм 9 подключены к электрической цепи электроизмерительного прибора (электроизмерительный прибор на чертеже не показан). Также измерительный сосуд 6 может быть выполнен в виде трубки с круглым поперечным сечением (Фиг.2). В этом случае электроды 7 имеют кольцеобразную форму и отстоят друг от друга на некотором расстоянии. При этом внутренний диаметр кольцеобразных электродов равен внутреннему диаметру измерительного сосуда 6.A device for measuring the electrical conductivity of wet dispersed materials consists of a cylindrical container 1 with a removable lower base 2 for the studied wet dispersed material 3, indenter 4, made in the form of a hollow truncated cone, output channel 5 located in the upper part of the indenter, and a measuring vessel 6 made of dielectric material equipped with two electrodes 7. The cylindrical container 1 with a removable base 2, the indenter 4 and the output channel 5 are made of metal, and the measuring vessel 6 is made of full-time dielectric material, for example, ceramics, glass, plastic. The measuring vessel 6 with electrodes 7 is isolated from the metal indenter 4 by a layer of dielectric material 8. The outer diameter of the base of the indenter 4 is equal to the inner diameter of the cylindrical container 1. The measuring vessel 6 is aligned with the output channel 5 and also represents a channel in the form of a hollow prism with a rectangular cross section, in particular square (Figure 1). On the inner surface of the opposite faces of the prism, plate electrodes 7 are fixed, which are connected via terminals 9 to the electrical circuit of an electrical meter (electrical meter is not shown in the drawing). Also, the measuring vessel 6 can be made in the form of a tube with a circular cross section (Figure 2). In this case, the electrodes 7 have an annular shape and are separated from each other at a certain distance. In this case, the inner diameter of the ring-shaped electrodes is equal to the inner diameter of the measuring vessel 6.

При измерениях цилиндрическую емкость 1 на 1/3-1/2 объема заполняют исследуемым дисперсным материалом, подготовленным известным способом (сушка материала, измельчение, увлажнение и перемешивание). При необходимости материал уплотняют. Затем в цилиндрическую емкость 1 вводят индентор 4 и воздействуют на него давлением, величина которого должна быть не менее величины предельного напряжения сдвига исследуемого материала. Электроды 7 измерительного сосуда 6 посредством клемм 8 включают в электрическую цепь электроизмерительного прибора. Под воздействием внешнего давления влажный дисперсный материал 3 поступает в измерительный сосуд 6 и замыкает электрическую измерительную цепь, в результате чего электрический ток проходит через исследуемый материал. По мере продавливания влажного дисперсного материала 3 через измерительный сосуд 6 производятся измерения величины его электропроводности. При этом определение величины электропроводности может носить периодический или постоянный характер, причем получение и обработка результатов измерений проводится в автоматическом режиме с использованием специальных технических средств (автоматические регистрирующие приборы, самописцы, компьтеры). Процесс измерения завершается при достижении индентором 4 основания 2 цилиндрической емкости 1.In the measurements, the cylindrical container 1 per 1 / 3-1 / 2 of the volume is filled with the dispersed material studied, prepared in a known manner (drying the material, grinding, moistening and mixing). If necessary, the material is compacted. Then, indenter 4 is introduced into the cylindrical container 1 and pressure is applied to it, the value of which must be not less than the value of the ultimate shear stress of the material under study. The electrodes 7 of the measuring vessel 6 through the terminals 8 are included in the electrical circuit of the electrical measuring device. Under the influence of external pressure, the wet dispersed material 3 enters the measuring vessel 6 and closes the electric measuring circuit, as a result of which an electric current passes through the material under study. As the wet dispersed material 3 is pressed through the measuring vessel 6, measurements of its electrical conductivity are made. In this case, the determination of the electrical conductivity can be periodic or permanent, and the receipt and processing of measurement results is carried out automatically using special technical means (automatic recording devices, recorders, computers). The measurement process is completed when the indenter 4 reaches the base 2 of the cylindrical tank 1.

Так как влажный дисперсный материал 3 перемещается по измерительному сосуду 6, причем перемещается под давлением, то этим обеспечивается надежный контакт упомянутого материала с электродами 7. Последнее, в свою очередь, обеспечивает получение достоверных данных об электропроводности исследуемого материала. Вследствие того, что процесс измерения электропроводности идет непрерывно, то за счет этого в значительной степени возрастает производительность и снижается трудоемкость процесса измерения.Since the wet dispersed material 3 moves along the measuring vessel 6, and moves under pressure, this ensures reliable contact of the mentioned material with the electrodes 7. The latter, in turn, provides reliable data on the electrical conductivity of the test material. Due to the fact that the process of measuring electrical conductivity is continuous, then due to this, productivity increases significantly and the complexity of the measurement process decreases.

В качестве примера, определение электропроводности проводилось у глиняных масс. Глина каолинит-гидрослюдистого состава предварительно высушивалась при 105°С до сухого состояния, после чего бралось несколько навесок глины, которые увлажнялись до определенных значений абсолютной влажности, тщательно перемешивались и помещались в пластиковые бюксы с крышками. После выдерживания глиняных масс в течение 2 часов с целью усреднения свойств, проводились определения электропроводности по ранее изложенной методике. В процессе течения глиняной массы через измерительную ячейку через каждые 2-3 сек фиксировалось сопротивление ампервольтомметром Ф-30 и по 10-15 измерениям определялось среднее значение. Кроме того, фиксировалось предельное напряжение сдвига, которое оставалось практически постоянным в процессе истечения всей глиняной массы. По среднему и текущему значениям сопротивления рассчитывалось среднее квадратичное отклонение (σ, Ом, кОм) и коэффициент вариации (V, %), а также определялись значения удельного сопротивления и электропроводности по формуле:As an example, the conductivity was determined in clay masses. Clay of kaolinite-hydromicaceous composition was preliminarily dried at 105 ° С to a dry state, after which several samples of clay were taken, which were moistened to certain absolute humidity values, thoroughly mixed and placed in plastic containers with lids. After keeping the clay masses for 2 hours in order to average the properties, conductivity was determined using the previously described methodology. In the course of the clay mass flowing through the measuring cell, resistance was recorded every 2-3 seconds with an F-30 voltmeter and an average value was determined from 10-15 measurements. In addition, the maximum shear stress was fixed, which remained almost constant during the expiration of the entire clay mass. From the average and current resistance values, the mean square deviation (σ, Ohm, kOhm) and the coefficient of variation (V,%) were calculated, and the values of resistivity and electrical conductivity were determined by the formula:

где χ - удельная электропроводность, Ом^-1·см^-1;where χ is the electrical conductivity, Ohm ^-1 · cm ^-1 ;

ρ - удельное электрическое сопротивление, Ом·см;ρ - electrical resistivity, Ohm · cm;

R - сопротивление, Ом;R is the resistance, Ohm;

l - длина межэлектродного пространства, см;l is the length of the interelectrode space, cm;

S - площадь поперечного сечения канала измерительной ячейки, см²;S is the cross-sectional area of the channel of the measuring cell, cm ² ;

Результаты определений для измерительной ячейки круглого сечения представлены в табл.1, а для ячейки квадратного сечения - в табл.2.The results of the determination for a measuring cell of circular cross section are presented in Table 1, and for a square cell in Table 2.

Сравнительное определение электропроводности глиняных масс на известном устройстве показало существенное отличие значений сопротивления, удельного сопротивления и электропроводности (табл.3) по сравнению с предлагаемым устройством.A comparative determination of the electrical conductivity of clay masses on the known device showed a significant difference between the values of resistance, resistivity and electrical conductivity (table 3) compared with the proposed device.

Технический результат полезной модели: повышение точности и производительности измерений электропроводности влажного дисперсного материала.The technical result of the utility model: improving the accuracy and productivity of measuring the electrical conductivity of wet dispersed material.

Claims

1. A device for measuring the electrical conductivity of wet dispersed materials, containing a cylindrical container with a removable lower base for the test material and electrodes connected to the electrical circuit of an electrical measuring device, characterized in that the indenter is made in the cylindrical container, made in the form of a hollow truncated cone and equipped with an output channel over which a measuring vessel of dielectric material is placed, made in the form of a tube and provided with two electrodes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring vessel is made in the form of a hollow tetrahedral prism, on the inner surface of the opposite faces of which plate-shaped electrodes are placed.

3. The device according to claim 1, characterized in that the measuring vessel is made in the form of a hollow cylinder, on the inner surface of which there are ring-shaped electrodes.