RU2811338C1 - Method for measuring volume and determining density of porous materials - Google Patents
Method for measuring volume and determining density of porous materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811338C1 RU2811338C1 RU2023126687A RU2023126687A RU2811338C1 RU 2811338 C1 RU2811338 C1 RU 2811338C1 RU 2023126687 A RU2023126687 A RU 2023126687A RU 2023126687 A RU2023126687 A RU 2023126687A RU 2811338 C1 RU2811338 C1 RU 2811338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- volume
- pressure
- measuring
- vessel
- density
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
Abstract
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 densities of porous bodies of arbitrary shape, varying humidity, as well as fractional composition, and can be used in all areas of research or application of porous objects.
Известен способ измерения объема и определения плотности, включающий 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 , где - искомый объем тела, - объем каждого сосуда, - величина изменения объема воздуха в сосуде для проб, - величина изменения объема воздуха в измерительном сосуде; а плотность исследуемого пористого тела определяется по формуле (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).There is a known method for measuring volume and determining density, including weighing the body under study, placing it in a sample vessel, which is connected in series through valves to a measuring vessel of similar volume and a pump that creates a change in pressure simultaneously in two vessels, followed by closing the valves and sequential reverse bypass air by opening the valves first into the measuring vessel until atmospheric pressure is reached in it, with simultaneous measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, and then into the sample vessel, also with the measurement and fixation by the flow meter of the change in air volume, while the volume of the body is determined by the formula , Where - the required body volume, - volume of each vessel, - the magnitude of the change in air volume in the sample vessel, - the magnitude of the change in air volume in the measuring vessel; and the density of the porous body under study is determined by the formula (Patent No. 2744281 RF, IPC G01F 17/00, G01N 9/26. Method for measuring 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; application 07/22/2020; publ. 03/04/2021; bulletin No. 7).
Недостатком данного способа является невысокая точность измерений.The disadvantage of this method is the low measurement accuracy.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для проб, соединенный с измерительным сосудом и датчиком давления пневмопроводом с вентилем, закрывание вентиля между измерительным сосудом и сосудом для проб, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, открывание крана между измерительным сосудом и сосудом для проб, уравновешивающего давление в сосудах, снятие показания датчика давления, вычисление объема частиц, осуществляемый последовательным трехкратным перепуском воздуха, первый из которых осуществляют открыванием вентилей между сосудами с фиксацией равновесного давления и вычислением объема тела по формулам , , второй перепуск воздуха между одним из сосудов и атмосферой осуществляют до достижения в нем атмосферного давления, причем в другом сосуде сохраняется прежнее равновесное давление, а затем повторный перепуск между сосудами с фиксацией равновесного давления и вычислением объема тела по формулам , , , , где - величина первоначального изменения давления в одном из сосудов, и - величины равновесного давления в сосудах после первого перепуска, , , , - величины равновесного давления в сосудах после второго перепуска; плотность исследуемого пористого тела определится по формулам , , , (Патент № 2775151 РФ, МПК G01N 9/26. Способ и устройство для измерения объема и определения плотности пористых материалов / Гайнуллин Рен. Х., Гайнуллин Риш. Х., Цветкова Е.М. № 2021130427; заявл. 19.10.2021; опубл. 28.06.2021; бюл. № 19).The closest in technical essence is a method for measuring the volume and determining the density of porous bodies, including weighing the test body, placing it in a sample vessel connected to the measuring vessel and a pressure sensor by a pneumatic line with a valve, closing the valve between the measuring vessel and the sample vessel, establishing the pressure non-equilibrium with atmospheric in the measuring vessel, opening the valve between the measuring vessel and the sample vessel, balancing the pressure in the vessels, taking pressure sensor readings, calculating the volume of particles, carried out by sequential three-fold air bypass, the first of which is carried out by opening the valves between the vessels with fixation of the equilibrium pressure and calculating body volume using formulas , , the second bypass of air between one of the vessels and the atmosphere is carried out until atmospheric pressure is reached in it, and the same equilibrium pressure is maintained in the other vessel, and then a second bypass between the vessels with fixation of the equilibrium pressure and calculation of the volume of the body using the formulas , , , , Where - the magnitude of the initial change in pressure in one of the vessels, And - the value of the equilibrium pressure in the vessels after the first bypass, , , , - the value of the equilibrium pressure in the vessels after the second bypass; the density of the porous body under study is determined by the formulas , , , (Patent No. 2775151 of the Russian Federation, IPC G01N 9/26. Method and device for measuring volume and determining the density of porous materials / Gainullin Ren. Kh., Gainullin Rish. Kh., Tsvetkova E.M. No. 2021130427; application 10.19.2021; Published June 28, 2021; Bulletin No. 19).
Недостатком данного способа является невысокая точность измерений.The disadvantage of this method is the low measurement accuracy.
Техническим результатом является повышение технологичности процедуры и точности измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.The technical result is to increase the manufacturability of the procedure and the accuracy of measuring volume and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different humidity and fractional composition.
Технический результат достигается тем, что способ измерения объема и определения плотности пористых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещение его в сосуд для пробы, который снабжен датчиком давления и через вентиль соединен с монтажной крестовиной, закрывание вентиля между сосудом для проб и монтажной крестовиной, установление давления неравновесного с атмосферным в измерительном сосуде, снабженный датчиком давления и через вентиль соединенный с монтажной крестовиной, снятие показаний датчиков давления, согласно изобретению осуществляют изменением давления последовательно в каждом из сосудов на одинаковую величину объема воздуха, измеряемого и фиксируемого расходомером, с последующим закрыванием вентилей между сосудами и монтажной крестовиной, измерением и фиксацией давлений в сосудах и вычислением объема тела по формуле:The technical result is achieved by the fact that the method of measuring volume and determining the density of porous bodies, including weighing the test body, placing it in a sample vessel, which is equipped with a pressure sensor and is connected through a valve to the mounting cross, closing the valve between the sample vessel and the mounting cross, establishing pressure nonequilibrium with atmospheric pressure in the measuring vessel, equipped with a pressure sensor and connected through a valve to the mounting cross, taking readings from the pressure sensors, according to the invention, is carried out by changing the pressure sequentially in each of the vessels by the same amount of air volume measured and recorded by the flow meter, followed by closing the valves between vessels and mounting cross, measuring and recording pressure in vessels and calculating body volume using the formula:
, ,
где - искомый объем тела,Where - the required body volume,
- объем каждого сосуда, - volume of each vessel,
- величина изменения давления в сосуде для проб, - the magnitude of the pressure change in the sample vessel,
- величина изменения давления в измерительном сосуде; - the magnitude of the pressure change in the measuring vessel;
плотность исследуемого пористого тела определится по формуле:The density of the porous body under study is determined by the formula:
, ,
где - плотность исследуемого пористого тела,Where - density of the porous body under study,
- масса исследуемого пористого тела. - mass of the porous body under study.
Предлагаемый способ позволяет повысить технологичность процедуры, а также точность измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.The proposed method makes it possible to improve the manufacturability of the procedure, as well as the accuracy of volume measurement and determination of the density of porous bodies of arbitrary shape, different humidity and fractional composition.
В патентной и научно-технической литературе подобного способа для измерения объема и определения плотности пористых тел не обнаружено.No similar method for measuring the volume and determining the density of porous bodies has been found in the patent and scientific and technical literature.
Вышеизложенный способ иллюстрируется графически, где на фиг. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ для измерения объема и определения плотности пористых тел, включающее монтажную крестовину 1, к трем концам которой через вентили 2, 3, 4 присоединены аналогичные по объему сосуд для проб 5 и измерительный сосуд 6, снабженные датчиками давления 7, 8, и расходомер 9 с пневмонасосом 10, создающий изменение давления, а к четвертому концу присоединен перепускной клапан 11.The above method is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows a device that implements the proposed method for measuring the volume and determining the density of porous bodies, including a mounting cross 1, to the three ends of which, through valves 2, 3, 4, a sample vessel 5 and a measuring vessel 6 of similar volume are connected, equipped with pressure sensors 7, 8, and a flow meter 9 with a pneumatic pump 10 that creates a change in pressure, and a bypass valve 11 is connected to the fourth end.
Согласно предложенному способу измерение объема и определение плотности пористых тел может осуществляться как в режиме разрежения, так и в режиме избыточного давления.According to the proposed method, measuring the volume and determining the density of porous bodies can be carried out both in rarefaction mode and in excess pressure mode.
При работе пневматической системы в режиме разрежения измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом. Взвешивают образец 12, определяя его массу m. Для измерения объема исследуемого образца его помещают в сосуд для проб 5, при этом вентили 2, 3, 4 открыты, а в сосудах 5 и 6 установлено атмосферное давление. После этого закрывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который из сосуда для проб 5 перемещает воздух в атмосферу объемом , регистрируемый расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 7. После закрытия вентиля 2 с помощью перепускного клапана 11 осуществляют перепуск воздуха между атмосферой и полостью монтажной крестовины. Затем открывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который из измерительного сосуда 6 перемещает воздух в атмосферу аналогичного объема , регистрируемого расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 8. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 5 и 6 при атмосферном давлении и после удаления части воздуха можно отразить уравнениями, которые починяются закону Бойля-Мариотта:When the pneumatic system operates in vacuum mode, volume measurement and determination of the density of porous bodies is carried out as follows. Weigh sample 12, determining its mass m. To measure the volume of the test sample it is placed in sample vessel 5, while valves 2, 3, 4 are open, and atmospheric pressure is set in vessels 5 and 6. After this, valve 3 is closed, pneumatic pump 10 is turned on, which moves air from the sample vessel 5 into the atmosphere with a volume of , recorded by flow meter 9, and thereby creates a pressure change of , recorded by pressure sensor 7. After closing valve 2, using bypass valve 11, air is bypassed between the atmosphere and the cavity of the mounting cross. Then open valve 3, turn on the pneumatic pump 10, which moves air from the measuring vessel 6 into the atmosphere of a similar volume , recorded by flow meter 9, and thereby creates a pressure change of , recorded by pressure sensor 8. Taking into account the constant temperature of the system, its state in vessels 5 and 6 at atmospheric pressure and after removing part of the air, it can be reflected by equations that obey the Boyle-Mariotte law:
где - величина атмосферного давления,Where - the value of atmospheric pressure,
- величина изменения давления в сосуде для проб, - the magnitude of the pressure change in the sample vessel,
- величина изменения давления в измерительном сосуде, - the magnitude of the pressure change in the measuring vessel,
- объем каждого сосуда, - volume of each vessel,
- искомый объем тела, - the required body volume,
- объем воздуха, перемещаемый из сосудов в атмосферу. - the volume of air moved from vessels to the atmosphere.
Упрощая выражения (1) и (2) и выражая из них , получим:Simplifying expressions (1) and (2) and expressing from them , we get:
Приравнивая правые части уравнений (3), (4), и, решая относительно искомого объема тела , получим уравнение для расчета объема исследуемого тела 12:Equating the right-hand sides of equations (3), (4), and solving for the desired volume of the body , we obtain an equation for calculating the volume of the body under study 12:
Используя известную величину объема сосуда и измеренные величины и можно рассчитать объем исследуемого тела 12, в свою очередь плотность определится по формуле:Using a known volume of the vessel and measured values And you can calculate the volume of the body under study 12, in turn, the density is determined by the formula:
При работе пневматической системы в режиме избыточного давления измерение объема и определение плотности пористых тел осуществляется следующим образом. Взвешивают образец 12, определяя его массу m. Для измерения объема исследуемого образца его помещают в сосуд для проб 5, при этом вентили 2, 3, 4 открыты, а в сосудах 5 и 6 установлено атмосферное давление. После этого закрывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который в сосуд для проб 5 перемещает воздух из атмосферы объемом , регистрируемый расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 7. После закрытия вентиля 2 с помощью перепускного клапана 11 осуществляют перепуск воздуха между атмосферой и полостью монтажной крестовины. Затем открывают вентиль 3, включают пневмонасос 10, который в измерительный сосуд 6 перемещает воздух из атмосферы аналогичного объема , регистрируемого расходомером 9, и тем самым создает изменение давления величиной , регистрируемое датчиком давления 8. С учетом постоянства температуры системы, ее состояние в сосудах 5 и 6 при атмосферном давлении и создания избыточного давления можно отразить уравнениями, которые починяются закону Бойля-Мариотта:When the pneumatic system operates in excess pressure mode, volume measurement and determination of the density of porous bodies is carried out as follows. Weigh sample 12, determining its mass m. To measure the volume of the test sample it is placed in sample vessel 5, while valves 2, 3, 4 are open, and atmospheric pressure is set in vessels 5 and 6. After this, valve 3 is closed, pneumatic pump 10 is turned on, which moves air from the atmosphere with a volume of , recorded by flow meter 9, and thereby creates a pressure change of , recorded by pressure sensor 7. After closing valve 2, using bypass valve 11, air is bypassed between the atmosphere and the cavity of the mounting cross. Then open valve 3, turn on the pneumatic pump 10, which moves air from the atmosphere of a similar volume into the measuring vessel 6 , recorded by flow meter 9, and thereby creates a pressure change of , recorded by pressure sensor 8. Taking into account the constant temperature of the system, its state in vessels 5 and 6 at atmospheric pressure and the creation of excess pressure can be reflected by equations that obey the Boyle-Mariotte law:
где - величина атмосферного давления,Where - the value of atmospheric pressure,
- величина изменения давления в сосуде для проб, - the magnitude of the pressure change in the sample vessel,
- величина изменения давления в измерительном сосуде, - the magnitude of the pressure change in the measuring vessel,
- объем каждого сосуда, - volume of each vessel,
- искомый объем тела, - the required body volume,
- объем воздуха, перемещаемый из атмосферы в сосуды. - the volume of air moved from the atmosphere into the vessels.
Упрощая выражения (7) и (8) и выражая из них , получим:Simplifying expressions (7) and (8) and expressing from them , we get:
Приравнивая правые части уравнений (9), (10), и, решая относительно искомого объема тела , получим уравнение для расчета объема исследуемого тела 12:Equating the right-hand sides of equations (9), (10), and solving for the desired volume of the body , we obtain an equation for calculating the volume of the body under study 12:
Используя известную величину объема сосуда и измеренные величины и можно рассчитать объем исследуемого тела 12, в свою очередь плотность определится по формуле:Using a known volume of the vessel and measured values And you can calculate the volume of the body under study 12, in turn, the density is determined by the formula:
Использование предлагаемого способа позволяет повысить технологичность процедуры, а также точность измерения объема и определения плотности пористых тел произвольной формы, различной влажности и фракционного состава.The use of the proposed method makes it possible to improve the manufacturability of the procedure, as well as the accuracy of measuring volume and determining the density of porous bodies of arbitrary shape, different humidity and fractional composition.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811338C1 true RU2811338C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990848B2 (en) * | 2002-08-05 | 2006-01-31 | Trxoler Electronic Laboratories, Inc. | System and method for determining material properties of samples |
| 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 |
| 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 |
| RU2757167C1 (en) * | 2021-04-06 | 2021-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials |
| RU2775151C1 (en) * | 2021-10-19 | 2022-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990848B2 (en) * | 2002-08-05 | 2006-01-31 | Trxoler Electronic Laboratories, Inc. | System and method for determining material properties of samples |
| 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 |
| 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 |
| RU2757167C1 (en) * | 2021-04-06 | 2021-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials |
| RU2775151C1 (en) * | 2021-10-19 | 2022-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Method and device 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beadle et al. | Water relations | |
| Tatarinov et al. | The analysis of physical background of tree sap flow measurement based on thermal methods | |
| Arya et al. | A field study of soil water depletion patterns in presence of growing soybean roots: I. Determination of hydraulic properties of the soil | |
| Carroll et al. | Step response of pressure-sensitive paints | |
| US4144763A (en) | Non-invasive method for the measurement of body fat | |
| RU2744281C1 (en) | Method for measuring volume and determining density of porous materials | |
| RU2811338C1 (en) | Method for measuring volume and determining density of porous materials | |
| CN201277967Y (en) | In-situ fast detector for synthetic performance for concrete stirred mixture | |
| RU2757167C1 (en) | Method and device 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 | |
| RU2775151C1 (en) | Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials | |
| RU2784234C1 (en) | Method for measuring the volume and determining the density of porous materials | |
| Tamari et al. | Optimum design of gas pycnometers for determining the volume of solid particles | |
| RU2802169C1 (en) | Method for measuring the volume and determining the density of porous materials | |
| Bakke et al. | Ultrasonic Measurement of Sound Velocity in Whole Blood a Comparison between an Ultrasonic Method and the Conventional Packed-Cell-Volume Test for Hematocrit Determination | |
| CN114965213B (en) | A method for establishing a unified template for measuring porosity of core samples at different temperatures | |
| US4154098A (en) | Volume measuring method and apparatus | |
| Sojka | Measurement of root porosity (volume of root air space | |
| Galbraith et al. | Moisture permeability measurements under varying barometric pressure | |
| RU2843803C1 (en) | Wood porosity and true density determining method | |
| Kaushalya et al. | Use of Chilled Mirror/Dew-Point Method (WP4C) to Develop Soil Water Characteristic Curve for Coastal Silty Sand with a Comparison of the Existing Analytical Models | |
| JPS5485063A (en) | Method and apparatus of measuring volume | |
| CN211553699U (en) | Testing device for high-temperature high-pressure-drop internal pressure porosity stress sensitivity | |
| RU2097742C1 (en) | Porosimeter | |
| RU2618504C1 (en) | Method of body density determining |