УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВЛАЖНЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для измерения электропроводности текущих сред, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов для измерения, и может найти применение для определения величины электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других дисперсных материалов.
Известно устройство для измерения электропроводности грунтов (Патент РФ №2044308, МПК 6 G01N 27/22, опубл. в Б.И. №26, 1995 г.). Это устройство представляет собой цилиндрическую емкость для исследуемого грунта, на съемном нижнем основании которой размещены один питающий и два приемных электрода, а один питающий электрод размещен в боковой стенке емкости. При этом цилиндрическая емкость и основание изготовлены из диэлектрического материала, а электроды подключены к электрической цепи электроизмерительного прибора.
Недостатки устройства по патенту РФ №2044308: низкая точность и производительность измерений. Первый недостаток объясняется следующим. В процессе измерения грунт находится в статическом, произвольно уплотненном состоянии, причем на него не оказывается давление извне. По этой причине контакт между грунтом и электродами ненадежен, а контакт между частицами грунта недостаточно плотен. Второй недостаток объясняется тем, что для получения достоверных данных измерения электропроводности грунта необходимо производить многократно, причем эти измерения осуществляются вручную.
Поставлена задача повысить точность и производительность измерений электропроводности материала.
Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом устройство для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов содержит цилиндрическую емкость со съемным нижним основанием для исследуемого материала и электроды, подключенные к электрической цепи электроизмерительного прибора. Согласно полезной модели в цилиндрической емкости размещен индентор, выполненный в виде пустотелого усеченного конуса и снабженного выводным каналом, над которым помещен измерительный сосуд из диэлектрического материала, выполненный также в виде канала и снабженный двумя электродами. При этом измерительный сосуд выполнен в виде пустотелой четырехгранной призмы, на внутренней поверхности противоположных граней которой закреплены два электрода пластинчатой формы, либо в виде пустотелого цилиндра, на внутренней поверхности которого закреплены два электрода кольцеобразной формы.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых в продольном разрезе схематично изображена конструкция устройства для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов.
Устройство для измерения электропроводности влажных дисперсных материалов состоит из цилиндрической емкости 1 со съемным нижним основанием 2 для исследуемого влажного дисперсного материала 3, индентора 4, выполненного в виде пустотелого усеченного конуса, выводного канала 5, расположенного в верхней части индентора, и измерительного сосуда 6 из диэлектрического материала, снабженного двумя электродами 7. Цилиндрическая емкость 1 со съемным основанием 2, индентор 4 и выводной канал 5 изготавливаются из металла, а измерительный сосуд 6 - из прочного диэлектрического материала, например, керамики, стекла, пластика. Измерительный сосуд 6 с электродами 7 изолирован от металлического индентора 4 слоем диэлектрического материала 8. Внешний диаметр основания индентора 4 равен внутреннему диаметру цилиндрической емкости 1. Измерительный сосуд 6 совмещен с выводным каналом 5 и представляет собой также канал в виде пустотелой призмы с прямоугольным поперечным сечением, в частности, квадратным (Фиг.1). На внутренней поверхности противоположных граней призмы закреплены пластинчатые электроды 7, которые посредством клемм 9 подключены к электрической цепи электроизмерительного прибора (электроизмерительный прибор на чертеже не показан). Также измерительный сосуд 6 может быть выполнен в виде трубки с круглым поперечным сечением (Фиг.2). В этом случае электроды 7 имеют кольцеобразную форму и отстоят друг от друга на некотором расстоянии. При этом внутренний диаметр кольцеобразных электродов равен внутреннему диаметру измерительного сосуда 6.
При измерениях цилиндрическую емкость 1 на 1/3-1/2 объема заполняют исследуемым дисперсным материалом, подготовленным известным способом (сушка материала, измельчение, увлажнение и перемешивание). При необходимости материал уплотняют. Затем в цилиндрическую емкость 1 вводят индентор 4 и воздействуют на него давлением, величина которого должна быть не менее величины предельного напряжения сдвига исследуемого материала. Электроды 7 измерительного сосуда 6 посредством клемм 8 включают в электрическую цепь электроизмерительного прибора. Под воздействием внешнего давления влажный дисперсный материал 3 поступает в измерительный сосуд 6 и замыкает электрическую измерительную цепь, в результате чего электрический ток проходит через исследуемый материал. По мере продавливания влажного дисперсного материала 3 через измерительный сосуд 6 производятся измерения величины его электропроводности. При этом определение величины электропроводности может носить периодический или постоянный характер, причем получение и обработка результатов измерений проводится в автоматическом режиме с использованием специальных технических средств (автоматические регистрирующие приборы, самописцы, компьтеры). Процесс измерения завершается при достижении индентором 4 основания 2 цилиндрической емкости 1.
Так как влажный дисперсный материал 3 перемещается по измерительному сосуду 6, причем перемещается под давлением, то этим обеспечивается надежный контакт упомянутого материала с электродами 7. Последнее, в свою очередь, обеспечивает получение достоверных данных об электропроводности исследуемого материала. Вследствие того, что процесс измерения электропроводности идет непрерывно, то за счет этого в значительной степени возрастает производительность и снижается трудоемкость процесса измерения.
В качестве примера, определение электропроводности проводилось у глиняных масс. Глина каолинит-гидрослюдистого состава предварительно высушивалась при 105°С до сухого состояния, после чего бралось несколько навесок глины, которые увлажнялись до определенных значений абсолютной влажности, тщательно перемешивались и помещались в пластиковые бюксы с крышками. После выдерживания глиняных масс в течение 2 часов с целью усреднения свойств, проводились определения электропроводности по ранее изложенной методике. В процессе течения глиняной массы через измерительную ячейку через каждые 2-3 сек фиксировалось сопротивление ампервольтомметром Ф-30 и по 10-15 измерениям определялось среднее значение. Кроме того, фиксировалось предельное напряжение сдвига, которое оставалось практически постоянным в процессе истечения всей глиняной массы. По среднему и текущему значениям сопротивления рассчитывалось среднее квадратичное отклонение (σ, Ом, кОм) и коэффициент вариации (V, %), а также определялись значения удельного сопротивления и электропроводности по формуле:
-1
-1
где χ - удельная электропроводность, Ом·см;
ρ - удельное электрическое сопротивление, Ом·см;
R - сопротивление, Ом;
l - длина межэлектродного пространства, см;
2
S - площадь поперечного сечения канала измерительной ячейки, см;
Результаты определений для измерительной ячейки круглого сечения представлены в табл.1, а для ячейки квадратного сечения - в табл.2.
Сравнительное определение электропроводности глиняных масс на известном устройстве показало существенное отличие значений сопротивления, удельного сопротивления и электропроводности (табл.3) по сравнению с предлагаемым устройством.
Технический результат полезной модели: повышение точности и производительности измерений электропроводности влажного дисперсного материала.