Спосіб визначення густини пористих матеріалів

Реферат: UA 86641 U UA 86641 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до області вимірювань та оцінювання якості параметрів пористих, волокнистих та сипких матеріалів, і може бути використана для точного вимірювання густини матеріалів і калібрування засобів вимірювальної техніки, які призначені для вимірювання густини матеріалів зі зразками неправильної геометричної форми. Найбільш поширеним для вимірювання густини пористих матеріалів зі зразками неправильної геометричної форми є принцип гідростатичного зважування: вимірюють гідростатичну силу, яка діє на зразок матеріалу, занурений в робочу рідину, і сама сила пропорційна об'єму зразка і густини робочої рідини. Відомий спосіб визначення густини пористих тіл [А.с. № 898289, G01№9/08, 15.01.1981], згідно з яким зразок зважують в повітрі, ізолюють пори зразка від навколишнього середовища і ізольований зразок зважують в рідині при його повному зануренні, а ізолюють поверхню зразка шляхом його розміщення в еластичну оболонку, всередині якої утворюють вакуум. Густину матеріалу зразка визначають за результатами зважування зразка в повітрі і в рідині, густина яких відома. Недоліком такого способу є низька точність визначення густини матеріалу зразка, що пов'язано з впливом зовнішніх збурюючих факторів: температура навколишнього середовища, температура робочої рідини, похибка визначення густини робочої рідини, методичні та інструментальні похибки зважування зразків в робочій рідині та інші. Найбільш наближеним до корисної моделі є спосіб визначення густини пористих тіл [А.с. RU № 2006822C1, G01 № 9/08, 30.01.1994], який включає вимірювання маси тіла шляхом зважування в повітрі, нанесення на поверхню тіла захисного покриття, послідовного зважування з покриттям в повітрі і в робочій рідині, вимірювання тиску та температури повітря, температури робочої рідини до та після зважування тіла і стабілізацію температур повітря і робочої рідини в процесі зважування. Густину матеріалу тіла обчислюють за наведеною формулою з додатковим використанням стандартних довідок про параметри повітря, рідини і захисного покриття. Недоліками такого способу є велика трудомісткість і технологічні ускладнення визначення густини пористих матеріалів, особливо в випадках, коли густина матеріалу менша густини робочої рідини і тіло само не занурюється в робочу рідину. Це притаманне волоконним, пінистим та сипким матеріалам. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача створення способу визначення густини пористих матеріалів, який би мав мінімальну трудомісткість експерименту і забезпечував необхідну високу точність вимірювань. Для вирішення такої задачі в способі, який базується на зважуванні зразка матеріалу в повітрі, покритті поверхні зразка захисним покриттям, зважуванні зразка з покриттям в повітрі, у відповідності до корисної моделі, зразок з покриттям за допомогою штиря-штовхача повністю занурюють в робочу рідину, яка налита в мірну ємність, і вимірюють об'єм витисненої робочої рідини, а густину матеріалу зразка обчислюють за одержаною формулою: m1 0   пов . m1  m2 v в ерх  v поч  покр Для пористих матеріалів, які мають малу густину, наприклад пінопласти, композитні матеріали, багатошарові матеріали, реалізація гідростатичного зважування дуже ускладнюється тому, що зразок матеріалу плаває в робочій рідині і необхідні спеціальні методика і інструментарій для зважування плаваючих зразків матеріалів. Ось чому в запропонованому способі відсутнє гідростатичне зважування, а вимірюється об'єм зразка матеріалу шляхом прямого вимірювання об'єму витісненої робочої рідини після повного занурення зразка в робочу рідину. Якщо густина матеріалу зразка менше густини робочої рідини, то для повного занурення зразка у рідину достатньо застосувати допоміжний штир-штовхач, об'єм якого враховують, коли вимірюють об'єм витісненої рідини. Реалізують запропонований спосіб наступним чином. Зразок матеріалу довільної форми зважують в повітрі і вимірюють масу m1 . Потім поверхню зразка матеріалу герметизують захисним покриттям (лак, плівка) і після висихання (полімеризації) покриття зважують зразок матеріалу з покриттям в повітрі і вимірюють масу m2 . Різниця m2  m1 буде дорівнювати масі покриття. Для визначення об'єму зразка матеріалу його повністю занурюють в робочу рідину: воду, спирт, гас, гліцерин та інші рідини, в залежності від додаткових вимог умов експерименту. Робочу рідину наливають в необхідній кількості в мірну ємність, яка має пристрій для вимірювання об'єму рідини. Перед зануренням зразка його і рідину витримують в повітрі для 1 UA 86641 U зрівняння їх температур. Вимірюють початковий об'єм рідини Vпоч . Якщо необхідно для занурювання зразка використати штир-штовхач, то початковий об'єм рідини вимірюють з зануреним на необхідну глибину штирем-штовхачем. Повністю занурюють зразок матеріалу в робочу рідину і вимірюють збільшений об'єм - Vв ерх . Тоді об'єм V0 зразка матеріалу буде: 5 V0  Vв ерх  Vпоч . Для особливо точних вимірювань необхідно враховувати поправки на зменшення ваги зразка при його зважуванні в повітрі і збільшення об'єму зразка за рахунок покриття. З урахуванням поправок густина матеріалу зразка обчислюється за формулою: m1  n ( v в ерх  v поч  v покр ) m1 0    пов , v в ерх  v поч  v покр v в ерх  v поч  v покр v поч  10 m1  m 2 ; 0  покр m1 v в ерх  v поч  m1  m 2 покр  пов , де  0 - густина матеріалу зразка; m1 - маса зразка матеріалу в повітрі; m2 - маса зразка матеріалу з покриттям в повітрі; покр - густина матеріалу покриття; 15 пов - густина повітря; v в ерх - верхній відлік об'єму рідини з повністю зануреним зразком; v поч - початковий відлік об'єму рідини в мірній ємності; v покр - об'єм покриття. 20 25 30 35 Результат визначення густини матеріалу зразка не залежить від густини робочої рідини і температури навколишнього середовища, що суттєво підвищує точність вимірювань і спрощує методику вимірювань. Запропонований спосіб був використаний для визначення густини багатошарових наповнювачів, пінопласту, густини печінкової, м'язової та кісткової тканин при калібруванні ультрахвильового та рентгенівського діагностичних пристроїв і підтвердив ефективність і високу точність визначення густини пористих матеріалів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення густини пористих матеріалів, що заснований на зважуванні зразка матеріалу в повітрі, нанесенні на поверхню зразка захисного покриття з подальшим зважуванням зразка матеріалу з покриттям в повітрі, який відрізняється тим, що зразок матеріалу з покриттям за допомогою штиря-штовхача повністю занурюють в рідину, яка налита в мірну ємність, і вимірюють об'єм рідини в ємності до занурення зразка та після його повного занурення в рідину, а густину матеріалу зразка обчислюють за формулою: m1 0   пов , де m1  m2 v в ерх  v поч  покр  0 - густина матеріалу зразка; m1 - маса зразка матеріалу в повітрі; m 2 - маса зразка матеріалу з покриттям в повітрі; покр - густина матеріалу покриття; пов - густина повітря; v в ерх - верхній відлік об'єму рідини з повністю зануреним зразком; 40 v поч - початковий відлік об'єму рідини в мірній ємності. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2