SU1638576A1 - Устройство дл измерени капилл рного давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет измерить отрицательное капилл рное давление в пористых телах. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Измерительный элемент состоит из двух плоских пластин образующих капилл р, и колпачка, выполненного в виде П-образной крышки с двум  параллельными стенками и перемычкой Капилл р частично заполнен рабочей жидкостью 8, а его свободный конец выведен в сквозИзобретение относитс  к приборостроению и позвол ет измер ть отрицательное капилл рное давление в капилл рно-пористых телах, в частности в почвах грунтах, торфах, строительных материалах и может быть использовано дл  измерени  температуры и давлени  в газообразных жидких и в зко-пластичных средах Цель изобретени  - повышение точности измерени  На фиг 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид сверху на фиг 2 ную полость П-образна  крышка установлена с возможностью поворота на 180° По длине капилл ра установлены электроконтакты а в его тупиковой части - контакты нуль-индикатора который соединен с интегратором 15 На одной из параллельных стоек крышки выполнена мембрана При измерении избыточного давлени  крышка установлена так, что мембрана размещаетс  над полостью а входное отверстие герметично закрыто перемычкой крышки В случае измерени  капилл рного давлени  поворотом крышки над полостью размещают жесткую стенку крышки, при этом пориста  пробка расположена соосно с отверстием Под действием отрицательного давлени  мениск жидкости перемещаетс  что регистрируетс  нуль-индикатором, который подает сигнал на блок управлени , который в свою очередь, включает блок питани  Напр жение с блока питани  поступает на контакты Возникающее электро- осмотическое давление в. капилл ре возвращает столб жидкости в исходное положение 3 п ф-лы 7 ил то же, вид сбоку, на фиг 3 - то же, вид с торца, на фиг 4 - разрез А-А на фиг 3 и схема подключени  устройства к вторичной измерительной аппаратуре, на фиг 5 - схема размещени  съемной крышки при измерени х давлени , на фиг 6 - то же, при измерени х капилл рного давлени  на фиг 7 - схема размещени  электроконтактов в капилл ре Устройство включает в себ  измерительный элемент 1 (фиг 1) содержащий две плоские пластины из электроизол ционноСП С о со с ел XI о

Description

го материала - верхнюю 2 и нижнюю 3, колпачок, выполненный в виде П-образной крышки 4 с двум  параллельными стенками, соединенными перемычкой (фиг 2). Пластины 2 и 3 соединены друг с другом винтами 5, а крышка может быть прикреплена к пластинам винтами 6 (фиг. 3) В пластине 3 выполнен паз, изогнутый, например, в виде меандра и образующий в плоскости контакта пластин 2 и 3 плоский щелевой тупиковый капилл р 7 (фиг. 3 и 4), заполненный рабочей жидкостью 8. Открытый конец капилл ра 7 выведен в сквозную полость 9 в пластине 3 (фиг. 5 и 6). Полость 9 сообщена с торцом пластины 3 сквозным отверстием 10 (фиг. 4). П-образна  крышка 4 установлена с возможностью поворота на 180°. На перемычке П-образной крышки размещена пориста  пробка 11, установленна  в сквозном отверстии крышки. В капилл ре 7 имеетс  р д последовательно расположенных вдоль продольной оси электроконтактов 12 в заполненной жидкостью части капилл ра 7, а на границе жидкость 8 - воздух в тупиковой части капилл ра 7 расположены контакты нуль-индикатора 13. Электроконтакты 12 соединены между собой полосками из термочувствительного материала , например никел , и через специальные выводы подключены к измерителю 14 их омического сопротивлени . Нуль-индикатор 13 электрически соединен с блоком 15 управлени , выполненным в виде интегратора , который соединен электрической цепью с блоком 16 питани  (источником посто нного напр жени ). Блок 16 питани  электрической цепью соединен с электроконтактами 12, а к выходным контактам блока питани  подключен вольтметр 17. Измерительный элемент 1 размещен в исследуемом материале 18. При этом на одной из параллельных стенок П-образной крышки в области сквозной полости 9 пластины установлена мембрана 19. Замкнутое пространство в полости 9, закрытое мембраной 19, заполн етс  рабочей жидкостью при подготовке устройства к работе.

Устройство работает следующим образом .

Тщательно отмытые пластины 2 и 3 ст гивают винтами 5, и торцом, где расположен открытый конец капилл ра, погружают в рабочую жидкость 8 (дистилированную воду ). Жидкость 8 под действием капилл рных сил заполн ет капилл р до тех пор, пока не установитс  равновесие между капилл рными силами, действующими на жидкость 8 с одной стороны, и давлением сжатого воздуха в тупиковой части капилл ра 7 с другой . Затем непосредственно в жидкости 8

на устройство 1 надевают крышку 4 таким образом, чтобы полость 9 пластины 3 была полностью заполнена жидкостью 8. Крышку закрепл ют так, чтобы сквозна  полость 9 и

мембрана 19 совпали (фиг. 5), а входное отверстие 10 было герметично закрыто крышкой 4 Собранное таким образом устройство 1 подготовлено к измерению давлени  и температуры. В случае необходимости

0 измерени  капилл рного давлени  и температуры крышку 4 погружают в жидкость 8, и под вакуумом пропитывают пробку 11, после чего крышку 8 поворачивают на 180° и устанавливают (фиг. 6) таким образом, что5 бы полость 9 была защищена жесткой стенкой (без мембраны) крышки 4, а пробка 11 была соосно расположена с отверстием 10. Подготовленный таким образом измери- тельный элемент 1 размещают в исследуе0 мом материале 18.

При измерени х капилл рного давлени , когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 6, возникающее в поровой жидкости отрицательное дав5 ление, воздейству  на жидкость 8, пропитывающую пробку 11, передаетс  на столбик жидкости 8 в капилл ре 7. При этом нарушаетс  равновесие между жидкостью 8 и сжатым воздухом в тупиковой части капил0 л ра 7 (фиг. 4 и 7). и мениск жидкости 8 перемещаетс , что регистрируетс -нуль-индикатором 13. Нуль-индикатор 13 подает сигнал на блок 15 управлени  питанием, который включает блок 16 питани . Напр 5 жение с входных клемм блока 16 питани  поступает на контакты 12, и в капилл ре 7 возникает электроосмотическое давление. Действующие в капилл ре 7 электроосмотические силы при последовательном распо0 ложении электродов 12 суммируютс , причем величина и направление действующих электроосмотических сил завис т от по- л рности и величины приложенного к электроконтактам 12 напр жени  Электро5 осмотическое давление в капилл ре 7, направленное в сторону, противоположную измер емому отрицательному капилл рному давлению, растет до тех пор, пока столбик жидкости 8 в капилл ре 7 не вернетс  в

0 исходное положение, что и фиксируетс  нуль-индикатором 13. Таким образом, столбик жидкости 8 в капилл ре 7 находитс  в динамическом равновесии, и при изменении его положени  в капилл ре 7 нуль-инди5 катор 13 подает сигнал на блок 15 управлени , который посредством задани  необходимого напр жени  на выходе блока 16 питани  возвращает жидкость 8 в исходное положение Учитыва  равенство капилл рного и электроосмотического давлени .

измерение капилл рного давлени  осуществл етс  по величине и пол рности напр жени  подаваемого на электроосмотические  чейки, образованные электроконтактами 12, и регистрируетс  с помощью вольтметра 17, Измерение температуры в исследуемом материале осуществл ют путем замера омического сопротивлени  проводников , соедин ющих между собой контакты 12с помощью измерител  14 сопротивлени , например, цифрового омметра ). При измерении общего давлени , когда крышка 4 размещена согласно схеме, изображенной на фиг. 5, сквозное отверстие 10 герметично закрыто, а перемещение мениска жидкости 8 в капилл ре 7 происходит в результате прогиба мембраны 19 под действием внешнего давлени . Расчет величины измер емого давлени  выполн етс  по формуле , св зывающей величину электроосмотического противодавлени  и напр жени  на контактах 12

.

tjlxn

л-r2 где Р - измер емое давление:

Рп - величина электроосмотического давлени , создаваемого одной электроосмотической  чейкой из двух электродов;

п - число электродов;

D - диэлектрическа  проницаемость жидкости;

Е - разность потенциалов (напр жение), прикладываема  к контактам электроосмотических  чеек;

Јп- электроосмотический потенциал;

г - радиус капилл ра (в рассматриваемом случае толщина капилл рной щели).

Предлагаемое устройство работает как в области положительных, так и в области отрицательных давлений.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  капилл рного давлени , содержащее две контактирующие между собой пластины из электроизол ционного матерала и источник

   посто нного напр жени , при этом на контактирующей поверхности первой пластины выполнен паз в виде тупикового капилл ра, частично заполненного рабочей

   жидкостью, по длине которого установлены электроконтакты, а в тупиковой его части - преобразователь перемещени  рабочей жидкости в электрический сигнал, при этом открытый конец капилл ра снабжен съемным колпачком, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в нем преобразователь перемещени  жидкости выполнен в виде нуль-индикатора , а электроконтакты соединены электрической цепью с введенным в устройство вольтметром и с источником посто нного напр жени , при этом нуль-индикатор соединен с введенным в устройство блоком управлени , подключенным к источнику

   посто нного напр жени .
2. 2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что, с целью расширени  области применени , в нем в одной из пластин на свободном конце капилл ра выполнена

   сквозна  полость, заполненна  рабочей жидкостью, а сьемный колпачок выполнен в виде крышки с двум  параллельными стенками , соединенными перемычкой, при этом параллельные стенки размещены на плоскости пластин, а перемычка - на торце, причем на одной из параллельных стенок в области сквозной полости пластины установлена мембрана, а между сквозной полостью и торцом пластины и на перемычке

   выполнены сквозные отверсти , расположенные симметрично относительно продольной оси устройства, при этом сквозное отверстие перемычки снабжено пористой пробкой.
3. 3. Устройство поп.1, отличающеес   тем, что в нем электроконтакты соединены проводниками, выполненными из термочувствительного материала, которые через дополнительные выводы подключены к введенному в устройство измерителю омического сопротивлени .

   18

   4-J

   12 1

   15 16

   tt

   Фиг. 5

   Фиг.4

   А

   А

   фиг.З

   Фиг. 2

   Д,|-|1- Х

   ъ

   Фиг.6

   С блока питаний 16

   Фиг. 7

   питанием 15