×
29.03.2019
219.016.ee35

Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов состоит из создания в исследуемом образце равномерного начального содержания распределенных в твердой фазе веществ, приведения плоской поверхности образца в контакт с импульсным точечным источником дозы растворителя, измерения изменения во времени сигнала гальванического преобразователя при расположении его электродов на этой поверхности по концентрической окружности относительно точки воздействия дозой растворителя и расчета искомого коэффициента диффузии, фиксирования моментов времени τ и τ, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического преобразователя Е и Е соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, составляющих 0,7-0,9 от максимально возможного значения данного сигнала Е, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния, а вносимую дозу растворителя при импульсном воздействии и искомый коэффициент диффузии рассчитывают по формулам: где ρ - плотность исследуемого образца в сухом состоянии; U - равновесная концентрация растворителя в исследуемом образце при контакте с насыщенными парами растворителя при заданной температуре; r - расстояние между электродами гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность изделия; h - толщина листового материала. Техническим результатом является повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Известен способ определения коэффициента массопроводности и потенциалопроводности массопереноса (А.С. 174005, кл. G01k N 421, 951 1965), заключающийся в импульсном увлажнении слоя материала и измерении на заданном расстоянии от этого слоя изменения влагосодержания материала во времени. Коэффициент массопроводности вычисляется по установленной зависимости. Недостатком этого способа являются осуществление разрушающего контроля опытного образца при размещении датчиков во внутренних слоях исследуемого тела, большая трудоемкость метода при подготовке образцов, необходимость индивидуальной градуировки датчиков по каждому материалу.

Наиболее близким является способ определения коэффициента влагопроводности в листовых материалах (патент РФ №2199106, G01N 15/08, 27/00, 20.02.2003, Бюл. №5), заключающийся в создании в исследуемом образце равномерного начального влагосодержания, приведении поверхности образца в контакт с импульсным точечным источником дозы влаги, измерении изменения во времени сигнала гальванического преобразователя при расположении его электродов на этой поверхности по концентрической окружности относительно точки воздействия дозой влаги и расчете искомого коэффициента диффузии.

Недостатками этого способа являются невысокая точность из-за необходимости определения моментов достижения максимумов на кривых изменения ЭДС, где производная ЭДС по времени близка к нулю, и наблюдается недостаточная чувствительность измеряемого параметра к изменению времени, а также низкая производительность контроля, связанная с необходимостью «опроса» большого количества датчиков и экспериментального поиска требуемого значения наносимой дозы растворителя, которая обеспечивает использование диапазона статической характеристики гальванического преобразователя со стабильным сигналом и высокой чувствительностью к изменению концентрации растворителя.

Техническая задача изобретения - повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического преобразователя Е1 и Е2 соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, составляющих 0,7-0,9 от максимально возможного значения данного сигнала Ер, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния, а вносимую дозу растворителя при импульсном воздействии и искомый коэффициент диффузии рассчитывают по формулам:

где ρ0 - плотность исследуемого образца в сухом состоянии;

Up - равновесная концентрация растворителя в исследуемом образце при контакте с насыщенными парами растворителя при заданной температуре;

r0 - расстояние между электродами гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность изделия;

h - толщина листового материала.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: исследуемый образец из листового капиллярно-пористого материала с равномерным начальным распределением растворителя (в том числе и нулевым) помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, например фторопласта.

К поверхности образца прижимается зонд с импульсным точечным источником дозы растворителя и расположенными на концентрической окружности относительно точки импульсного воздействия на изделие электродами гальванического преобразователя. После подачи импульса источник растворителя удаляется из зонда, отверстие для размещения источника растворителя герметизируется заглушкой, а сам зонд обеспечивает гидроизоляцию поверхности образца в зоне действия источника и прилегающей к ней области контроля распространения растворителя. После подачи импульса фиксируют изменение ЭДС гальванического преобразователя во времени.

После подачи импульса в виде дозы растворителя изменение концентрации растворителя на расстоянии r0 от источника описывается уравнением:

где U(r0, τ) - концентрация растворителя на окружности радиусом r0 относительно точки импульсного подвода дозы растворителя к образцу в момент времени τ; D - коэффициент диффузии растворителя; ρ0 - плотность абсолютно сухого исследуемого материала; Q - количество жидкой фазы, подведенной из дозатора к плоской поверхности изделия исследуемого материала; U0 - начальная концентрация растворителя в исследуемом материале в момент времени τ=0.

При толщине листового материала h<10 r0 коэффициент диффузии растворителя может быть определен по расчетному соотношению:

где τmax - момент времени, соответствующий максимуму на кривой U(r0, τ) изменения концентрации растворителя на расстоянии r0 от точечного источника.

Расчетная зависимость для определения искомого коэффициента диффузии получена на основании следующих исследований. После импульсного воздействия дозой растворителя на заданном расстоянии го от точечного источника наблюдается изменение ЭДС гальванического преобразователя в виде характерных кривых, представленных на фигуре 1, имеющих восходящую ветвь от начала импульсного воздействия до момента τmax и нисходящую ветвь, наблюдаемую после наступления момента τmax. На фигуре 1 изменения ЭДС представлены в относительном виде к максимально возможному значению ЭДС Ер при выбранной температуре контроля.

При этом одинаковые значения концентрации U*, достигаемые в моменты времени τ1 и τ2 соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения концентрации во времени, соответствующие одинаковым значениям ЭДС гальванического преобразователя Е1 и Е2, могут быть определены из выражения (1) с учетом (2):

Деление (3) на (4) приводит к следующему выражению:

Из(5) получено

Из (6) с учетом (2) получено расчетное выражение для определения искомого коэффициента диффузии:

Для определения искомого коэффициента диффузии в предлагаемом способе измерению в моменты времени τ1 и τ2 подлежит не концентрация U(r0, τ), а связанная с ней ЭДС применяемого гальванического преобразователя в отсутствие предварительно найденной градуировки статической характеристики. Статическая характеристика гальванического преобразователя имеет явно выраженный нелинейный характер (пример статической характеристики преобразователя для системы фильтровальная бумага - вода приведен в прототипе (патент РФ №2199106, G 01 N 15/08, 27/00, 20.02.2003, Бюл. №5, фигура 1). Она характеризуется нестабильным сигналом преобразователя на начальном участке в области малых концентраций влаги вследствие высокого электрического сопротивления исследуемого материала. В области высоких концентраций влаги происходит замедление роста ЭДС и асимптотическое приближение кривой к значению Ер для заданной температуры контроля. Поэтому использование данного участка связано с существенными погрешностями. Наиболее предпочтительным для использования в предложенном способе является средний участок статической характеристики. Он характеризуется устойчивым сигналом преобразователя и высокой чувствительностью по отношению к изменению концентрации. Для повышения точности необходимо, чтобы в моменты времени τ1 и τ2 измеряемое значение ЭДС находилось на данном участке статической характеристики. Исследования показывают, что данный участок статической характеристики соответствует изменению ЭДС преобразователя в диапазоне:

где Ер - сигнал преобразователя, соответствующий равновесной с насыщенными парами растворителя концентрации Up диффундирующего вещества в твердой фазе исследуемого материала при заданной температуре, т.е. переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния (на статической характеристике в прототипе это максимальные сигналы на плато насыщения для каждого уровня температуры).

При реализации как предлагаемого способа, так и прототипа, в местах расположения электродов гальванических преобразователей могут наблюдаться следующие характерные кривые измерения ЭДС (фигура 1). При недостаточной дозе растворителя для импульсного воздействия кривая 3 изменения ЭДС целиком находится в области статической характеристики преобразователя с неустойчивым сигналом, соответствующим малым концентрациям влаги. В этих случаях определение τ1 и τ2, согласно предлагаемого способа, или τmax согласно прототипу, связано с существенными погрешностями. При избыточных дозах вносимого растворителя возрастает длительность эксперимента за счет того, что значительная часть нисходящей ветви кривой изменения концентрации находится в области плато насыщения статической характеристики преобразователя с низкой чувствительностью к изменению концентрации или вообще за ее пределами, где чувствительность преобразователя вообще отсутствует (кривая 1). В этих случаях существенно возрастает длительность эксперимента за счет роста значения момента времени τ2, соответствующего сигналу ЭДС преобразователя из диапазона (8), а также погрешность определения момента времени τ2 из-за малоинтенсивного изменения сигнала преобразователя во времени. Определение τmax согласно прототипу даже при наличии нескольких датчиков крайне затруднено и связано со значительными погрешностями.

Поэтому желательно до нанесения импульсного воздействия иметь возможность рассчитать требуемую дозу растворителя. Из (1) можно получить значение достигаемого максимума Umax при τ=τmax:

Из уравнения (9) с учетом (2), получено:

Исследования показывают (фигура 1, кривая 2), что если максимум кривой ЭДС составляет порядка 0,9 Ep, то удается надежно зафиксировать моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического датчика Е1 и Е2 из диапазона (0,7-0,9) Ер. При этом в эти моменты времени наблюдается интенсивное изменение ЭДС, что способствует более точному определению τ1, τ2 и искомого коэффициента диффузии согласно (7).

Сигнал гальванического преобразователя порядка 0,9 Ep для капиллярно-пористых материалов наблюдается при концентрации растворителя приблизительно равной 0,5 Up. Следовательно, достигаемое в эксперименте «рациональное» значение максимума концентрации желательно иметь на заданном участке статической характеристики ГП:

Величина дозы растворителя, подаваемой в виде импульса, рассчитывается следующим образом:

где h - толщина листового материала.

Из (10) после вычисления констант и с учетом (11), (12) получено выражение для определения требуемой дозы растворителя для реализации способа:

В таблице представлены результаты 20 - кратных измерений коэффициента диффузии этанола в целлюлозном фильтре толщиной 0,2 мм, плотностью в сухом состоянии 400 кг/м. куб. Рассчитанная согласно (13) доза импульса этанола составила ~ 1×10-6 кг. Расстояние от источника дозы растворителя до расположения электродов гальванического преобразователя - 4 мм; Up=0,18 кг/кг. Расчетное значение ЭДС, соответствующее моментам времени τ1 и τ2, приблизительно равно 0,8 Ер; Emax ≈ 0,9 Ер.

Погрешность результата измерения равна половине доверительного интервала и определялась следующим образом:

где - математическое ожидание случайной величины; tα,n - коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности α и количестве измерений n; Sn - среднеквадратическая погрешность отдельного измерения:

Проведенные экспериментальные исследования показали, что случайная погрешность результата определения коэффициента диффузии этанола в целлюлозном фильтре при двадцатикратных испытаниях (tα,n = 2,1 при α = 0,95) составляет 5,3≈5%. Длительность эксперимента не превышает 30 минут.


Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах
Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах
Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах
Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 118 items.
22.04.2020
№220.018.1774

Устройство подавления помех

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для подавления сигналов (помех), поступающих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА). Техническим результатом изобретения является повышение уровня подавления помех. Устройство подавления помех содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719406
Дата охранного документа: 17.04.2020
25.04.2020
№220.018.198a

Стенд для изготовления ригелей с термовкладышами шириной до 600 мм

Изобретение относится к области строительства, в частности к стенду для изготолвения ригеля. Техническим результатом является снижение трудозатрат при монтаже. Стенд состоит из железобетонного основания, в верхней части которого расположена ниша с установленными в ней трубами для циркуляции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719806
Дата охранного документа: 23.04.2020
04.05.2020
№220.018.1b1c

Устройство для измельчения корнеплодов

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для измельчения корнеплодов на животноводческих фермах и комплексах. Устройство для измельчения корнеплодов содержит корпус (1) с загрузочной горловиной, внутри корпуса на валу (2) в подшипниковых опорах установлен барабан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720418
Дата охранного документа: 29.04.2020
14.05.2020
№220.018.1c24

Способ получения графеносодержащих суспензий и устройство для его реализации

Изобретение может быть использовано при получении модифицированных пластичных смазок, эпоксидных смол, бетонов. Сначала готовят смесь кристаллического графита с жидкостью и подают её в устройство для получения графенсодержащей суспензии сдвиговой эксфолиацией частиц графита поле центробежных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720684
Дата охранного документа: 12.05.2020
29.05.2020
№220.018.217b

Технологическая линия для приема и обработки корнеклубнеплодов

Изобретение может быть использовано для производства кормов. Технологическая линия для приема и обработки корнеклубнеплодов содержит питатель-дозатор, скребковый транспортер и мойку-измельчитель. Питатель-дозатор прицепного типа включает в себя раму с бортовой платформой и шарнирно закрепленным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722164
Дата охранного документа: 27.05.2020
24.06.2020
№220.018.299e

Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов

Изобретение относится к области химической промышленности и служит для сушки высоковлажных пастообразных материалов. Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов во взвешенном слое выполнен из эластичного полимерного материала, причем инертный носитель содержит эластичную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724098
Дата охранного документа: 19.06.2020
07.07.2020
№220.018.304b

Способ получения нанокомпозиционного сорбционного материала на основе графена и наночастиц оксида железа

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к получению нанокомпозиционного сорбционного материала на основе графена. Материалы могут быть использованы в качестве сорбентов, носителей катализаторов, электродных материалов, в сенсорах. Согласно изобретению смешивают оксид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725822
Дата охранного документа: 06.07.2020
12.04.2023
№223.018.4818

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий. Заявлен способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, заключающийся в том, что формируют стандартный и контролируемый образцы сорбента в форме плоского...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746238
Дата охранного документа: 09.04.2021
10.05.2023
№223.018.534e

Устройство для мойки и измельчения корнеклубнеплодов

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Устройство содержит раму с бункером, выгрузной шнек, транспортёр и измельчитель. Рама и бункер представляют собой целую сварную металлическую конструкцию. Внутри бункера расположены две ограничительные решетки и два барабана. Ограничительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795312
Дата охранного документа: 02.05.2023
10.05.2023
№223.018.5393

Способ производства древесно-гипсового композита

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при производстве древесно-гипсового композита, представляющего собой отделочный материал на основе гипсового вяжущего с добавление древесных опилок. Способ производства древесно-гипсового композита...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795289
Дата охранного документа: 02.05.2023
Showing 11-17 of 17 items.
13.11.2019
№219.017.e122

Способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициентов диффузии растворителей в строительных материалах и конструкциях. Способ определения коэффициента диффузии в массивных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705655
Дата охранного документа: 11.11.2019
21.01.2020
№220.017.f77b

Способ двухмерного пеленгования

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для двухмерного пеленгования наземных и воздушных объектов по их радиоизлучениям. Достигаемый технический результат - повышение точности определения угла места излучателя в 2-6 раз. Способ двухмерного пеленгования включает прием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711341
Дата охранного документа: 16.01.2020
05.02.2020
№220.017.fe82

Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, а также сканировании диаграммы направленности линзовой антенны. Техническими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713034
Дата охранного документа: 03.02.2020
01.07.2020
№220.018.2d89

Способ формирования высокоскоростного канала связи между подводным и надводным объектами

Изобретение относится к областям акустики, оптики и радиотехники и может быть использовано при организации канала двусторонней связи между глубоководным объектом, например, подводной лодкой, и надводным - наземным, воздушным или космическим объектом. Технический результат состоит в обеспечении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724978
Дата охранного документа: 29.06.2020
19.06.2023
№223.018.81ea

Способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из капиллярно-пористых материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса для определения коэффициента диффузии в строительных изделиях из капиллярно-пористых материалов, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797140
Дата охранного документа: 31.05.2023
19.06.2023
№223.018.820c

Способ определения коэффициента диффузии в листовых капиллярно-пористых материалах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Способ определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797137
Дата охранного документа: 31.05.2023
19.06.2023
№223.018.8214

Способ определения коэффициента диффузии в листовых ортотропных капиллярно-пористых материалах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797138
Дата охранного документа: 31.05.2023
+ добавить свой РИД