КАЛЬЦИМЕТР

Полезная модель относится к области исследований или анализа материалов путем определения их химических или физических свойств, а именно путем измерения давления или объема газа или паров в материале и предназначена для определения содержания карбоната кальция и магния в грунте, в пробах почвы и образцах горной породы.
Известен полевой кальциметр Буслакова, содержащий емкость для раствора соляной кислоты, камеру разложения карбонатов и измеритель добавочного давления в камере, причем емкость для раствора соляной кислоты установлена над камерой разложения карбонатов и снабжена поршневым дозатором, камера разложения карбонатов выполнена в виде цилиндра, на наружной поверхности которого размещен ограничитель погружения в почву, с возможностью регулировки по высоте, при этом внутреннее пространство камеры соединено с измерителем давления посредством полого штока поршневого дозатора (SU 1750459, 1992).
Также известно устройство для анализа уровня кальция в образцах почвы (кальциметр), содержащее реакционную колбу, в которую введены образцы керна и соляная кислота. При этом верхняя часть реакционной колбы заблокирована герметичной пробкой, через которую она соединена с датчиком давления посредством гибкой трубки. Реакционная колба размещена на конвейерной ленте, приводимой в движение двигателями, снабженными металлическими стержнями для регулирования шага (хода) реакционной колбы. Захват колбы осуществляется посредством 5 зажимов для последовательного захвата и продвижения колбы по конвейерной ленте, причем каждая колба оснащена датчиком давления (FR 2920226, 2009).
Недостатком описанных кальциметров является узкая область применения, а именно исключительно в области сельского хозяйства, для определения доз и степени неравномерности рассева удобрений в полевых условиях, что существенно ограничивает область применения данных кальциметров.
Известен автоматический цифровой кальциметр, содержащий цифровой анализатор со встроенным блоком для связи и определения географического положения измеряемого образца, при этом внутренний блок снабжен кнопками управления хранением измерений, мультисенсорным жидкокристаллическим дисплеем для измерения давления и температуры, микропроцессором, аккумуляторными батареями, сосудом с герметичной, завинчивающейся крышкой, в котором размещен флакон, содержащий соляную кислоту, при этом сосуд соединен с анализатором посредством гибкой полиуретановой трубки. (WO 2014060782, 2014).
Недостатком известного устройства является сложность конструктивного исполнения, обусловленная реализацией более широкого спектра задач в отличие от традиционных кальциметров, работающих в полевых условиях для выполнения экспресс-анализов.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является кальциметр, состоящий из реакционной колбы, на крышке которой установлен манометр для измерения давления в полости реакционной колбы, стравливающий клапан, и мерный сосуд для заливки соляной кислоты, который выполнен в виде специальной мерной корзинки с ручкой, которую предварительно заполняют соляной кислотой, а затем опускают в колбу, предотвращая разлив и попадание на дно колбы (Pressure Gauge Calcimeter, Fann Instrument Company (www.fann.com). Calcimeter - Pressure Gauge Model 432. http://www.fann.com/fann/products/drilling-fluids-testing/chemical-analysis/calcimeter-model432).
Указанное устройство реализует методику измерения, описанную в ASTM D 4373-84 Standard Test Method For Calcium Carbonate Content In Soils. (This test method is under the jurisdiction of ASTM Committee D-18 on Soil and Rock and is the direct responsibility of Subcommittee D-18.13 on Marine Geotechnics).
К числу существенных недостатков известного устройства относятся достаточно низкая степень безопасности при работе с ним, что связано с высокой вероятностью разлива кислоты в процессе перемещения корзинки до колбы, а также недостаточно высокая точность измерения, обусловленная существенным ограничением площади контакта образца с соляной кислотой.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является повышение точности исследования, уровня безопасности процесса измерения, оперативности проведения экспресс-анализа и срока службы.
Поставленная проблема решается тем, что кальциметр, содержит реакционную колбу, на крышке которой установлен манометр для измерения давления в полости реакционной колбы и стравливающий клапан, и мерный сосуд для заливки соляной кислоты, размещенный в полости реакционной колбы, согласно полезной модели, мерный сосуд для заливки соляной кислоты выполнен в виде стакана с нанесенными на нем измерительными рисками уровня, верхний открытый торец которого закреплен на нижнем торце крышки реакционной колбы с возможностью фиксации и съема, при этом на заданном расстоянии от открытого торца стакана по его периметру выполнены сливные отверстия.
В предпочтительном варианте реализации устройства стакан закреплен на нижнем торце крышки реакционной колбы посредством резьбового соединения.
Достигаемый технический результат заключается в исключении погрешности, обусловленной потерями кислоты при контактировании с переносным носителем соляной кислоты, и увеличении площади поверхности контактирования исследуемого образца с кислотой за счет обеспечения их непосредственного взаимодействия в полости реакционной колбы, сокращения количества манипуляций в процессе исследования и исключения из конструкции элементов с низкими прочностными характеристиками.
Сущность устройства поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства.
Устройство для определения содержания карбоната кальция и карбоната магния в образцах горной породы содержит реакционную колбу 1, на крышке 2 которой установлен манометр 3 для измерения давления в полости реакционной колбы 1 и стравливающий клапан 4. Стравливающий клапан 4 размещен в плоскости расположения манометра 3.
В полости реакционной колбы 1 размещен мерный сосуд для заливки соляной кислоты, который выполнен в виде стакана 5 с нанесенными на нем измерительными рисками уровня 6. Верхний открытый торец стакана 5 закреплен на нижнем торце крышки 2 реакционной колбы 1 с возможностью фиксации и съема, а на определенном расстоянии от открытого торца стакана 5 по его периметру выполнены сливные отверстия 7. Величина указанного расстояния определяется соблюдением условия исключения перелива кислоты из стакана 5 через сливные отверстия 7 в процессе его транспортировки после заливки кислоты и закрепления на нижнем торце крышки 2 реакционной колбы 1.
Крышка 2 снабжена уплотнительными элементами 8.
Стакан 5 может быть закреплен на нижнем торце крышки 2 реакционной колбы 1, например, посредством резьбового соединения 9. Устройство работает следующим образом.
2
Предварительно по эталонным образцам строят калибровочную линию между содержанием карбоната кальция и количеством CO, выделяющимся при воздействии соляной кислоты на определенную массу карбоната кальция, которое соответствует величине давления в полости реакционной колбы в процессе исследования.
2
3
Калибровочную линию или вычисленный калибровочный коэффициент используют в дальнейшем для преобразования измеренного значения давления, возникающего вследствие выделения CO при заданной определенной массе чистого для анализа реактива СаСО, в процент содержания карбоната кальция. Зависимость между давлением и массой образца имеет линейный характер.
Образец исследуемой породы помещают на дно реакционной колбы 1, предварительно сняв крышку 2. Стакан 5, находящийся за пределами колбы 1, заполняют соляной кислотой до уровня выбранной измерительной риски уровня 6, после чего закрепляют на нижнем торце крышки 2 реакционной колбы 1, например, посредством резьбового соединения. Заполнение стакана 5 кислотой может производиться двумя способами: либо подачей кислоты через сливные отверстия дозатором без съема стакана 5, либо путем съема стакана 5 и его заполнение непосредственно через открытый торец до уровня выбранной измерительной риски уровня 6.
Крышку 2 посредством уплотнительных элементов 8 герметично закрепляют на верхнем торце реакционной колбы 1. Открывают стравливающий клапан 4 и оставляют его в открытом положении до достижения нулевого значения на манометре 3, после чего стравливающий клапан 4 закрывают.
После окончания монтажа устройства реакционную колбу 1 переворачивают для обеспечения слива кислоты через сливные отверстия 7 в полость колбы 1 и взаимодействие ее с исследуемым образцом.
В процессе протекания реакции осуществляют контроль повышения давления по манометру 3.
Установившееся значение давления соответствует содержанию карбоната кальция на тарировочной кривой.
После окончания замера путем частичного открытия стравливающего клапана 4 понижают давление в реакционной колбе 1 для последующего удаления продуктов реакции и очистки элементов прибора.
Предлагаемое устройство за счет описанных выше конструктивных отличий обеспечивает повышение точности измерения по сравнению с известным кальциметром порядка на 5% отн., повышение безопасности работы оператора с прибором за счет исключения прямого контакта частей тела оператора с кислотой и за счет расположения стравливающего клапана 4 в одной плоскости с манометром 3.
Кроме того, предлагаемый кальциметр позволяет повысить оперативность проведения экспресс-анализа за счет снижения количества манипуляций в процессе замера, а также повышает срок службы прибора.