專利名稱：材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程材料的特性試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種工程材料的吸附 能力(吸附量)、吸附變形和滲透系數(shù)測量的方法，同時(shí)還涉及一種工程材料的 吸附量、吸附變形和滲透系數(shù)測量的裝置。該方法及裝置可廣泛由于工程材料的 吸附能力(吸附量)、吸附變形和滲透系數(shù)的測量。
背景技術(shù)：
很多材料(如活性炭、煤等)由于包含大量孔隙，其表面積很大，因而具有 對氣體的吸附能力。材料吸附氣體后，其物理、力學(xué)性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生變化。比如材料 吸附氣體后體積會(huì)膨脹或者收縮，從而改變其孔隙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)的變化 會(huì)導(dǎo)致材料滲透系數(shù)改變，從而影響材料的力學(xué)性質(zhì)。材料對不同氣體的吸附量 不相同，因此，材料吸附不同氣體后，其變形也不相同，從而對滲透系數(shù)的影響 效果不一樣，及對材料的力學(xué)性質(zhì)的影響會(huì)有很大區(qū)別。
因此，研究材料的吸附能力(吸附量)、吸附變形以及滲透系數(shù)變化對研究 材料吸附引起的力學(xué)性質(zhì)變化有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種工程材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的方 法，該方法可以同時(shí)測量材料的吸附量、變形和滲透系數(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種工程材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測 量的裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)材料的吸附量、變形和滲透系數(shù)的同時(shí)測量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)的測量方法如下
1、將材料加工成圓柱形試樣；2、 將圓柱形試樣及多孔墊片用密封材料包裹，然后安放在壓力室內(nèi)，并在 壓力室內(nèi)安裝好溫度傳感器、軸向變形傳感器、徑向變形傳感器、加熱器，連接 好壓力室內(nèi)與圓柱形試樣兩端多孔墊片相連接的注氣管路，向壓力室內(nèi)注滿液壓 油；
3、 將計(jì)量泵內(nèi)氣體全部排出，此時(shí)計(jì)量泵活塞推至最頂端，將六通閥調(diào)至 關(guān)閉位置，打開管路中所有閥門，啟動(dòng)真空泵，對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)抽真空；
4、 關(guān)閉和真空泵連接的閥門，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉計(jì)量泵出氣閥門，將六通 閥調(diào)至氦氣(He)氣瓶位置，給計(jì)量泵充入He (約300-500ml即可)，關(guān)閉計(jì)量 泵進(jìn)氣閥門，將計(jì)量泵設(shè)置為恒壓模式，并且兩臺(tái)計(jì)量泵的壓力值相等，分別記 下計(jì)量泵內(nèi)氣體的體和壓力值；
5、 給壓力室內(nèi)液壓油加壓，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定；
6、 關(guān)閉連接上下游管路的閥門，打開計(jì)量泵出氣閥門，開始向試樣注氣；
7、 待計(jì)量泵內(nèi)壓力穩(wěn)定后，記下計(jì)量泵內(nèi)氣體的壓力和體積；
8、 第4步中氣體的體積與第7步中氣體的體積的差值即為系統(tǒng)的死容積；
9、 將六通閥調(diào)至放空位置，將計(jì)量泵內(nèi)氣體全部排出，此時(shí)計(jì)量泵活塞推 至最頂端，將六通閥調(diào)至關(guān)閉位置，打開管路中所有閥門，啟動(dòng)真空泵，對整個(gè) 試驗(yàn)系統(tǒng)抽真空；
10、 關(guān)閉和真空泵連接的閥門，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉計(jì)量泵出氣閥門，將六通 閥調(diào)至二氧化碳(C02)氣瓶位置，給計(jì)量泵充滿C02，關(guān)閉計(jì)量泵進(jìn)氣闊門， 將計(jì)量泵設(shè)置為恒壓模式，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定，并且上游計(jì)量 泵的壓力稍大于下游計(jì)量泵的壓力值，壓差為AP，記錄計(jì)量泵內(nèi)C02氣體的體 積和壓力值；
11、 給壓力室內(nèi)液壓油加壓，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定；
12、 關(guān)閉連接上下游管路的閥門，打開計(jì)量泵出氣閥門，開始向試樣注氣；
13、 記錄計(jì)量泵內(nèi)氣體體積的變化速率，采集差壓計(jì)、軸向變形傳感器、徑 向變形傳感器的數(shù)據(jù)；
14、 當(dāng)上游計(jì)量泵注氣速率與下游計(jì)量泵吸氣速率相等時(shí)，材料的吸附即達(dá) 平衡，記下此速率，差壓計(jì)的讀數(shù)及計(jì)量泵內(nèi)氣體的體積；
15、 第10步中C02的體積與第14步中C02的體積以及系統(tǒng)死容積的差值即為材料吸附C02氣體的量，變形可由傳感器直接得到，滲透系數(shù)可根據(jù)達(dá)西 定律由第14步中的速率和差壓求得；
16、 改變第10步中計(jì)量泵的設(shè)定壓力值即可測量不同壓力下材料吸附CO2 氣體的量，變形以及滲透系數(shù)；
17、 重復(fù)第3和10-15步各一次，第10步中將六通閥調(diào)至其它氣瓶位置， 即可測量材料對其它氣體的吸附量、變形和滲透系數(shù)。
一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量裝置主要包括氣源子系統(tǒng)、氣體注入與 控制子系統(tǒng)、加載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和恒溫水槽。其特征在于:氣源子系 統(tǒng)通過不銹鋼管與氣體注入與控制子系統(tǒng)內(nèi)的三通連接，為系統(tǒng)提供氣源；氣體 注入與控制子系統(tǒng)通過不銹鋼管與加載子系統(tǒng)內(nèi)的多孔墊片連接，為試樣注氣； 氣體注入與控制子系統(tǒng)中的管路部分放在恒溫水槽中保持恒溫；氣體注入與控制 子系統(tǒng)中的差壓計(jì)和壓力傳感器以及加載子系統(tǒng)中的溫度傳感器和變形傳感器 通過電纜與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的采集卡連接。其中，氣源子系統(tǒng)包括氣瓶、減壓 閥、六通閥；氣體注入與控制子系統(tǒng)包括不銹鋼管、計(jì)量泵(共2臺(tái))、壓力傳 感器、差壓計(jì)、真空泵、真空表、閥門(共8個(gè))、三通(共4個(gè))、四通(共2 個(gè))；加載子系統(tǒng)包括壓力室、試樣、液壓油、溫度傳感器、多孔墊片(共2個(gè))、 軸向變形傳感器、徑向變形傳感器，加熱器；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括電纜、采集卡、 USB數(shù)據(jù)線、計(jì)算機(jī)。各部件具體結(jié)構(gòu)連接關(guān)系如下
氣源子系統(tǒng)氣瓶與減壓閥連接，用于調(diào)節(jié)從氣瓶出來的氣體壓力；減壓閥 與六通閥連接，用于選擇氣體種類。
氣體注入與控制子系統(tǒng) 一個(gè)三通通過不銹鋼管與氣源子系統(tǒng)中的六通閥連 接；三通另兩端分別與上游計(jì)量泵和下游計(jì)量泵的進(jìn)氣閥門連接，用于向計(jì)量泵 充氣；上游計(jì)量泵和下游計(jì)量泵分別有出氣閥門，用于控制計(jì)量泵注氣；上游計(jì) 量泵出氣閥門與一個(gè)三通連接；三通一端連接一個(gè)閥門，用于將上下游管路連通， 另一端和一個(gè)四通連接；四通一端連接差壓計(jì)，用于測量試樣兩端管路的差壓， 另一端連接一個(gè)壓力傳感器，用于測量上游管路的壓力，壓力傳感器和差壓計(jì)通 過電纜與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)連接，最后與一個(gè)閥門連接，用于控制向試樣注氣；下 游計(jì)量泵出氣閥門與一個(gè)四通連接；四通一端與一個(gè)閥門連接，該閥門連接一個(gè) 三通，該一端與真空泵連接另一端連接真空泵，用于對系統(tǒng)抽真空，四通另一端與連接上下游管路的闊門相連，四通最后連接一個(gè)閥門，該閥門用于控制向試樣 注氣。 .
加載子系統(tǒng)試樣兩端分別與多孔墊片接觸，用于給試樣均勻注氣；兩個(gè)多 孔墊片分別通過不銹鋼管與氣體注入與控制子系統(tǒng)中的上下游管路連接；壓力室 內(nèi)安放有加熱器和溫度傳感器，用于給壓力室加熱和測定壓力室內(nèi)溫度；試樣表 面安放有軸向變形傳感器和徑向變形傳感器，用于測量試樣的變形；溫度傳感器、 軸向變形傳感器以及徑向變形傳感器通過電纜與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)連接。
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集卡通過USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。
恒溫水槽氣體注入與控制子系統(tǒng)中的管路部分放在恒溫水槽中保持恒溫。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、 一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量方法，該方法中變形由測量直接得 到，吸附量和滲透系數(shù)均由測量數(shù)據(jù)通過簡單的計(jì)算得到；原理簡單正確，結(jié)果 準(zhǔn)確可信。
2、 一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量裝置，該裝置用兩臺(tái)計(jì)量泵測定吸 附量和流量，用差壓計(jì)測定差壓，同時(shí)用變形傳感器測定變形；原理簡單，結(jié)構(gòu) 清晰，操作簡便。
3、 應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行材料吸附量、變形、滲透系數(shù)的同時(shí)測量，使原來需要 進(jìn)行幾次的試驗(yàn)一次、同時(shí)完成，大大節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間和成本。


圖1為一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中 l一氣源子系統(tǒng)(包括氣瓶l.l、減壓閥1.2、六通閥1.3);
2— 氣體注入與控制子系統(tǒng)(包括不銹鋼管2.1、上游計(jì)量泵2.2a、下游計(jì)量 泵2,2b、壓力傳感器2.3、差壓計(jì)2.4、真空泵2.5、真空表2.6、閥門2.7
(2.7a、 2.7b、 2.7c、 2.7d、 2.7e、 2.7f、 2.7g、 2.7h共8個(gè))、三通2.8 (包 括2.8a、 2.8b、 2.8c、 2.8d共4個(gè))、四通2.9 (2.9a、 2.9b共2個(gè)));
3— 加載子系統(tǒng)(包括壓力室3.1、試樣3.2、液壓油3.3、溫度傳感器3.4、 多孔墊片3.5 G.4a、 3.4b共2個(gè))、軸向變形傳感器3.6、徑向變形傳感 器3.7，加熱器3.8);4一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(包括電纜4.1 (4.1a、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e共5根)、 采集卡4.1 (4.2a、 4.2b共2個(gè))，USB數(shù)據(jù)線(4.3a、 4.3b共2個(gè))、計(jì) 算機(jī)4.4);
5—恒溫水槽。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明 一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)的測量方法如下
1、 將材料加工成圓柱形試樣3.2;
2、 將圓柱形試樣3.2及多孔墊片3.5a、 3.5b用密封材料包裹，然后安放在 壓力室3.1內(nèi)，并在壓力室3.1內(nèi)安裝好溫度傳感器3.4、軸向變形傳感器3.6、 徑向變形傳感器3.7、加熱器3.8，連接好壓力室3.1內(nèi)與圓柱形試樣3.2兩端多 孔墊片3.5a、 3.5b相連接的注氣管路，向壓力室3.1內(nèi)注滿液壓油3.3;
3、 將上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)氣體全部排出，此時(shí)上游計(jì)量泵 2.2&和下游計(jì)量泵2.21 活塞推至最頂端，將六通閥1.3調(diào)至關(guān)閉位置，打開管路 中所有閥門2.7，啟動(dòng)真空泵2.5，對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)抽真空；
4、 關(guān)閉和真空泵2.5連接的閥門2.7f，關(guān)閉真空泵2.5，關(guān)閉上游計(jì)量泵2.2a 出氣閥門2.7b和下游計(jì)量泵2.2b出氣閥門2.7e，將六通閥1.3調(diào)至氦氣(He) 氣瓶位置，給上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b充入He (約300-500ml即可)， 關(guān)閉上游計(jì)量泵2.2a進(jìn)氣閥門2.7c和下游計(jì)量泵2.2b進(jìn)氣閥門2.7d，將上游計(jì) 量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b設(shè)置為恒壓模式，并且上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量 泵2.2b的壓力值相等，分別記下上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)氣體的體 和壓力值；
5、 給壓力室3.1內(nèi)液壓油3.3加壓，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定；
6、 關(guān)閉連接上下游管路的閥門2.7g，打開上游計(jì)量泵2.2a出氣閥門2.7b和 下游計(jì)量泵2.2b出氣閥門2.7e，開始向試樣3.2注氣；
7、 待上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)壓力穩(wěn)定后，記下上游計(jì)量泵 2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)氣體的壓力和體積；
8、 第4步中氣體的體積與第7步中氣體的體積的差值即為系統(tǒng)的死容積；9、 將六通閥1.3調(diào)至放空位置，將上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)氣 體全部排出，此時(shí)上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b活塞推至最頂端，將六通 閥1.3調(diào)至關(guān)閉位置，打開管路中所有閥門2.7，啟動(dòng)真空泵2.5,對整個(gè)試驗(yàn)系 統(tǒng)抽真空；
10、 關(guān)閉和真空泵2.5連接的闊門2.7f，關(guān)閉真空泵2.5，關(guān)閉上游計(jì)量泵 2.2a出氣閥門2.7b和下游計(jì)量泵2.2b出氣閥門2.7e，將六通閥1.3調(diào)至二氧化 碳(C02)氣瓶位置，給上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b充滿C02，關(guān)閉上 游計(jì)量泵2.2a進(jìn)氣閥門2.7c和下游計(jì)量泵2.2b進(jìn)氣閥門2.7d，將上游計(jì)量泵2.2a 和下游計(jì)量泵2.2b設(shè)置為恒壓模式，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定，并 且上游計(jì)量泵2.2a的壓力稍大于下游計(jì)量泵2.2b的壓力值，壓差為AP，記錄上 游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)C02氣體的體積和壓力值；
11、 給壓力室3.1內(nèi)液壓油3,2加壓，壓力的大小根據(jù)具體的試驗(yàn)方案而定；
12、 關(guān)閉連接上下游管路的閥門2.7g，打開上游計(jì)量泵2.2a出氣閥門2.7b 和下游計(jì)量泵2.2b出氣閥門2.7e，開始向試樣3.2注氣；
13、 記錄上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b內(nèi)氣體體積的變化速率，采集 差壓計(jì)2.3、軸向變形傳感器3.6、徑向變形傳感器3.7的數(shù)據(jù)；
14、 當(dāng)上游計(jì)量泵2.2a注氣速率與下游計(jì)量泵2.2b吸氣速率相等時(shí)，材料 的吸附即達(dá)平衡，記下此速率，差壓計(jì)的讀數(shù)及上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵 2.2b內(nèi)氣體的體積；
15、 第10步中C02的體積與第14步中C02的體積以及系fC死容積的差值 即為材料吸附C02氣體的量，變形可由傳感器直接得到，滲透系數(shù)可根據(jù)達(dá)西 定律由第14步中的速率和差壓求得；
16、 改變第IO步中上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵2.2b的設(shè)定壓力值即可測 量不同壓力下材料吸附C02氣體的量，變形以及滲透系數(shù)；
17、 重復(fù)第3和10-15步各一次，第10步中將六通閥1.3調(diào)至其它氣瓶位置， 即可測量材料對其它氣體的吸附量、變形和滲透系數(shù)。
一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量裝置主要包括氣源子系統(tǒng)1、氣體注入 與控制子系統(tǒng)2、加載子系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)釆集子系統(tǒng)4和恒溫水槽5。其特征在于 氣源子系統(tǒng)1通過不銹鋼管2.1與氣體注入與控制子系統(tǒng)2內(nèi)的三通2.8d連接，為系統(tǒng)提供氣源；氣體注入與控制子系統(tǒng)2通過不銹鋼管2.1與加載子系統(tǒng)3內(nèi) 的多孔墊片3.5連接，為試樣注氣；氣體注入與控制子系統(tǒng)2中的管路部分放在 恒溫水槽5中保持恒溫；氣體注入與控制子系統(tǒng)2中的差壓計(jì)2.4和壓力傳感器 2.3分別通過電纜4.1e和4.1d與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4內(nèi)的釆集卡4.2a連接；加載 子系統(tǒng)3中的溫度傳感器3.4、軸向變形傳感器3.6和徑向變形傳感器3.7分別通 過電纜4.1a、 4.11)和4.1<:與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4內(nèi)的采集卡4.2連接。其中，氣源 子系統(tǒng)l包括氣瓶l.l、減壓閥1.2、六通閥1.3;氣體注入與控制子系統(tǒng)2包括 不銹鋼管2.1、上游計(jì)量泵2.2&和下游計(jì)量泵2.21)、壓力傳感器2.3、差壓計(jì)2.4、 真空泵2.5、真空表2.6、閥門2.7 (2.7a、 2.7b、 2.7c、 2.7d、 2.7e、 2.7f、 2.7g、 2.7h共8個(gè))、三通2.8 (2.8a、 2.8b、 2.8c、 2.8d共4個(gè))、四通2.9 (2,9a、 2,9b 共2個(gè))；加，子系統(tǒng)3包括壓力室3.1、試樣3.2、液壓油3.3、溫度傳感器3.4、 多孔墊片(3.5a、 3.5b共2個(gè))、軸向變形傳感器3.6、徑向變形傳感器3.7,加 熱器3.8;數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4包括電纜4.1 (4.1a、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e共5根)、 采集卡4.2 (4.2a、 4.2b共2個(gè))、USB數(shù)據(jù)線4.3 (4.3a、 4.3b共2個(gè))、計(jì)算機(jī) 4.4。各部件具體結(jié)構(gòu)連接關(guān)系如下
氣源子系統(tǒng)1 (現(xiàn)有產(chǎn)品)氣瓶1.1 (二個(gè))與減壓閥1.2 (二個(gè))連接， 用于調(diào)節(jié)從氣瓶1.1出來的氣體壓力；減壓閥1.2與六通閥1.3連接，用于選擇 氣體種類。
氣體注入與控制子系統(tǒng)2，其連接關(guān)系是三通2.8d通過不銹鋼管2.1與氣 源子系統(tǒng)1中的六通閥1.3連接；三通2.8d兩端分別與上游計(jì)量泵2.2a進(jìn)氣閥 門2.7c和下游計(jì)量泵2.2b的進(jìn)氣閥門2.7d連接，用于向上游計(jì)量泵2.2a和下游 計(jì)量泵2.2b充氣；上游計(jì)量泵2.2a有出氣閥門2.7b，下游計(jì)量泵2.2b有出氣閥 門2.7e，分別用于控制上游計(jì)量泵2.2a和下游計(jì)量泵注氣；上游計(jì)量泵2.2a出 氣閥門2.7b與三通2.8a連接；三通2.8a—端連接一個(gè)閥門2.7g，用于將上下游 管路連通，三通2.8a另一端和一個(gè)四通2.9a連接；四通2.9a —端連接差壓計(jì)2.4， 用于測量試樣3.2兩端管路的差壓，四通2.9a另一端連接一個(gè)壓力傳感器2.3， 用于測量上游管路的壓力，壓力傳感器2.3通過電纜4.1d與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4連 接，差壓計(jì)2.4通過電纜4.1e與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4連接，差壓計(jì)2.4最后與閥門 2.7a連接，用于控制向試樣3.2注氣；下游計(jì)量泵2.21 出氣閥門2.7e與四通2.9b連接；四通2.9b—端與閥門2.7f連接，閥門2.7f連接三通2.8c，三通2.8c—端 與真空表2.6連接，三通2.8c另一端與真空泵2.5連接，用于對系統(tǒng)抽真空，四 通2.9b另一端與連接上下游管路的閥門2.7g相連，四通2.9b與閥門2.7h連接， 閥門2.7h用于控制向試樣3.2注氣。
加載子系統(tǒng)3:試樣3.2兩端分別與多孔墊片3.5a、 3.5b接觸，用于給試樣 3.2均勻注氣；兩個(gè)多孔墊片3.5a、 3.5b分別通過不銹鋼管2.1與氣體注入與控 制子系統(tǒng)2中的上下游管路連接；壓力室3.1內(nèi)安放有加熱器3.8和溫度傳感器 3.4,用于給壓力室3.1加熱和測定壓力室3.1內(nèi)溫度；試樣3.2表面安放有軸向 變形傳感器3.6和徑向變形傳感器3.7，用于測量試樣3.2的變形；溫度傳感器 3.4通過電纜4.1a與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4的采集卡4.2b連接、軸向變形傳感器3.6 通過電纜4.1b與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4的釆集卡4.2b連接，徑向變形傳感器3.7通 過電纜4.1c與數(shù)據(jù)釆集子系統(tǒng)4的采集卡4.2b連接。
數(shù)據(jù)釆集子系統(tǒng)4:采集卡4.2a通過USB數(shù)據(jù)線4.3a與計(jì)算機(jī)4.4連接， 采集卡4.2b通過USB數(shù)據(jù)線4.3b與計(jì)算機(jī)4.4連接。
恒溫水槽5:氣體注入與控制子系統(tǒng)2中的管路部分放在恒溫水槽5中保持 恒定溫度。
權(quán)利要求
1、一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)的測量方法，它包括以下步驟1)、將材料加工成圓柱形試樣(3.2)；2)、將圓柱形試樣(3.2)及多孔墊片(3.5a、3.5b)用密封材料包裹，安放在壓力室(3.1)內(nèi)，在壓力室(3.1)內(nèi)安裝好溫度傳感器(3.4)、軸向變形傳感器(3.6)、徑向變形傳感器(3.7)、加熱器(3.8)，連接好壓力室(3.1)內(nèi)與圓柱形試樣(3.2)兩端多孔墊片(3.5a、3.5b)相連接的注氣管路，向壓力室(3.1)內(nèi)注滿液壓油(3.3)；3)、將上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體排出，上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)活塞推至最頂端，將六通閥(1.3)調(diào)至關(guān)閉位置，打開管路中所有閥門(2.7)，啟動(dòng)真空泵(2.5)，系統(tǒng)抽真空；4)、關(guān)閉和真空泵(2.5)連接的閥門(2.7f)，關(guān)閉真空泵(2.5)，關(guān)閉上游計(jì)量泵(2.2a)、出氣閥門(2.7b)、下游計(jì)量泵(2.2b)和出氣閥門(2.7e)，將六通閥(1.3)調(diào)至氦氣氣瓶位置，給上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)充入He，關(guān)閉上游計(jì)量泵(2.2a)、進(jìn)氣閥門(2.7c)、下游計(jì)量泵(2.2b)和進(jìn)氣閥門(2.7d)，將上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)設(shè)置為恒壓模式，上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)的壓力值相等，分別記下上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體的體和壓力值；5)、給壓力室(3.1)內(nèi)液壓油(3.3)加壓；6)、關(guān)閉連接上下游管路的閥門(2.7g)，打開上游計(jì)量泵(2.2a)、出氣閥門(2.7b)、下游計(jì)量泵(2.2b)和出氣閥門(2.7e)，開始向試樣(3.2)注氣；7)、上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)壓力穩(wěn)定后，記下上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體的壓力和體積；8)、第4步中氣體的體積與第7步中氣體的體積的差值為系統(tǒng)的死容積；9)、將六通閥(1.3)調(diào)至放空位置，將上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體全部排出，上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)活塞推至頂端，將六通閥(1.3)調(diào)至關(guān)閉位置，打開管路中所有閥門(2.7)，啟動(dòng)真空泵(2.5)，對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)抽真空；10)、關(guān)閉和真空泵(2.5)連接的閥門(2.7f)，關(guān)閉真空泵(2.5)，關(guān)閉上游計(jì)量泵(2.2a)、出氣閥門(2.7b)、下游計(jì)量泵(2.2b)和出氣閥門(2.7e)，將六通閥(1.3)調(diào)至二氧化碳?xì)馄课恢?，給上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)充滿CO2，關(guān)閉上游計(jì)量泵(2.2a)、進(jìn)氣閥門(2.7c)和下游計(jì)量泵(2.2b)進(jìn)氣閥門(2.7d)，將上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)設(shè)置為恒壓模式，上游計(jì)量泵(2.2a)的壓力大于下游計(jì)量泵(2.2b)的壓力值，記錄上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)CO2氣體的體積和壓力值；11)、給壓力室(3.1)內(nèi)液壓油(3.2)加壓；12)、關(guān)閉連接上下游管路的閥門(2.7g)，打開上游計(jì)量泵(2.2a)、出氣閥門(2.7b)和下游計(jì)量泵(2.2b)出氣閥門(2.7e)，開始向試樣(3.2)注氣；13)、記錄上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體體積的變化速率，采集差壓計(jì)(2.3)、軸向變形傳感器(3.6)、徑向變形傳感器(3.7)的數(shù)據(jù)；14)、當(dāng)上游計(jì)量泵(2.2a)注氣速率與下游計(jì)量泵(2.2b)吸氣速率相等時(shí)，材料的吸附達(dá)平衡，記下此速率，差壓計(jì)的讀數(shù)及上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)內(nèi)氣體的體積；15)、第10步中CO2的體積與第14步中CO2的體積以及系統(tǒng)死容積的差值為材料吸附CO2氣體的量，變形由傳感器直接得到，滲透系數(shù)根據(jù)達(dá)西定律由第14步中的速率和差壓求得；16)、改變第10步中上游計(jì)量泵(2.2a)和下游計(jì)量泵(2.2b)的設(shè)定壓力值，測量不同壓力下材料吸附CO2氣體的量，變形以及滲透系數(shù)；17)、重復(fù)第3和10-15步各一次，第10步中將六通閥(1.3)調(diào)至其它氣瓶(如氮?dú)?、甲烷?位置，測量材料對其它氣體的吸附量、變形和滲透系數(shù)。
2、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的裝置，包 括氣源子系統(tǒng)(1)、氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)、加載子系統(tǒng)(3)、數(shù)據(jù)采集子 系統(tǒng)(4)和恒溫水槽(5)，其特征在于氣源子系統(tǒng)(1)通過不銹鋼管(2.1) 與氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)內(nèi)的三通(2.8d)連接，氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)通過不銹鋼管(2.1)與加載子系統(tǒng)(3)內(nèi)的多孔墊片(3.5)連接，氣體 注入與控制子系統(tǒng)(2)中的管路放在恒溫水槽(5)中，氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)中的差壓計(jì)(2.4)和壓力傳感器(2.3)分別通過電纜(4.1e、 4.1d)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)內(nèi)的采集卡(4.2a)連接，加載子系統(tǒng)(3)中的溫度傳感器 (3.4)、軸向變形傳感器(3.6)和徑向變形傳感器(3.7)分別通過電纜(4.1a、 4.1b、 4.1c)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)內(nèi)的釆集卡(4.2)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的裝置，其 特征在于所述的氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)包括不銹鋼管(2.1)、壓力傳感 器(2.3)、差壓計(jì)(2.4)、真空泵2.5、閥門(2.7)、三通(2.8)、四通(2.9)， 三通(2.8d)通過不銹鋼管(2.1)與氣源子系統(tǒng)(1)中的六通閥(1.3)連接； 三通(2.8d)兩端分別與上游計(jì)量泵(2.2a)進(jìn)氣閥門(2.7c)和下游計(jì)量泵(2.2b) 的進(jìn)氣閥門(2.7d)連接，上游計(jì)量泵(2.2a)的出氣閥門(2.7b)與三通(2.8a) 連接；三通(2.8a) —端連接閥門(2.7g)，三通(2.8a)另一端和四通(2.9a) 連接；四通(2.9a) —端連接差壓計(jì)(2.4)，四通(2.9a)另一端連接壓力傳感 器(2.3)，壓力傳感器(2.3)通過電纜(4.1d)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)連接， 差壓計(jì)(2.4)通過電纜(4.1e)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)連接，四通(2.9a)與 閥門(2.7a)連接，下游計(jì)量泵(2.2b)、出氣閥門(2.7e)與四通(2.9b)連接， 四通(2.9b) —端與閥門(2.7f)連接，閥門(2.7f)連接三通(2.8c)，三通(2.8c) 一端與真空表(2.6)連接，三通(2.8c)另一端與真空泵(2.5)連接，四通(2.9b) 另一端與連接上下游管路的閥門(2.7g)相連，四通(2.9b)連接閥門(2.7h)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的裝置，其 特征在于所述的加載子系統(tǒng)3包括壓力室(3.1)、試樣(3.2)、液壓油(3.3)、 溫度傳感器(3.4)、多孔墊片G.5a、 3.5b)、軸向變形傳感器(3.6)、徑向變形 傳感器(3.7)、加熱器(3.8)，多孔墊片G.5a、 3.5b)分別通過不銹鋼管(2.1) 與氣體注入與控制子系統(tǒng)(2)中的上、下游管路連接；壓力室(3.1)內(nèi)安放有 加熱器(3.8)和溫度傳感器(3.4)，溫度傳感器(3.4)通過電纜(4.1a)與數(shù)據(jù) 采集子系統(tǒng)(4)中的采集卡(4.2b)連接，軸向變形傳感器(3.6)通過電纜(4.1b) 與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)中的采集卡(4.2b)連接，徑向變形傳感器(3.7)通過 電纜(4.1c)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)中的釆集卡(4.2b)連接。
5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)測量的裝置，其 特征在于所述的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(4)包括電纜(4,la、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e)、 采集卡(4.2a、 4.2b)、 USB數(shù)據(jù)線4 (4.3a、 4.3b)，采集卡(4.2a)通過USB數(shù)據(jù)線(4.3a)與計(jì)算機(jī)(4.4)連接，采集卡(4.2b)通過USB數(shù)據(jù)線(4.3b)與 計(jì)算機(jī)(4.4)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種材料吸附量-變形-滲透系數(shù)的測量方法及裝置，其方法是將材料加工成圓柱形試樣；將圓柱形試樣及多孔墊片用密封材料包裹，安放在壓力室內(nèi)；對系統(tǒng)抽真空；給計(jì)量泵充氣，記下計(jì)量泵內(nèi)氣體的體積和壓力值；給壓力室內(nèi)液壓油加壓；打開計(jì)量泵，給試樣注氣；記錄計(jì)量泵內(nèi)氣體體積的變化速率；待計(jì)量泵內(nèi)氣體體積的變化速率恒定時(shí)，記下此速率以及此時(shí)計(jì)量泵內(nèi)氣體的體積、差壓計(jì)和變形傳感器讀數(shù)；計(jì)算吸附量、變形和滲透系數(shù)。該裝置包括氣源子系統(tǒng)、氣體注入與控制子系統(tǒng)、加載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和恒溫水槽。本發(fā)明可以同時(shí)測量材料的吸附量、變形和滲透系數(shù)，使原來需要幾次的試驗(yàn)一次、同時(shí)完成，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間和成本。
文檔編號G01N15/08GK101408493SQ20081019781
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者方志明, 李小春 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所