專利名稱：濾材孔徑測量的方法及其測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種濾材孔徑的測量方法及其測量裝置。尤其涉及一種準確性與測量
精度大大提高靜態(tài)現(xiàn)象為測量點，對濾材孔徑進行測量的方法及其測量裝置。
背景技術：
在過濾與分離行業(yè)，濾材被稱作為過濾機的心臟，在過濾過程中起著非常關鍵的 作用。作為一種多孔材料的濾材來說，濾材孔徑的討論和測量對指導濾材的生產(chǎn)和濾材的 選用起著重要作用。 本測量儀器的工作原理是以拉普拉斯定律和毛細效應的物理現(xiàn)象為基礎。拉普
拉斯定律指出界面上某點兩側的壓強差Ap等于此界面的張力與該點總曲率的乘積。濾
材一端用液體完全浸潤濾材纖維空隙，此時在另一端通入潔凈的空氣，當氣體的壓力達到
將液體從濾材纖維的空隙中壓出并冒出氣泡時，此壓力可視作為界面上某點兩側的壓強差
Ap，根據(jù)數(shù)學模型可以由此界面的張力與該點總曲率算出可以表征濾材孔徑的尺寸。 目前，現(xiàn)有的濾材孔徑測量方法和儀器都是將被測濾材水平放置，液體在濾材上
方，在濾材下方通入氣體，這樣只有當氣泡第一次冒出濾材的瞬間才是測量點，只有在這一
瞬間的壓力值才是計算濾材孔徑的壓力值，那么對于一個瞬間值，操作人員的反應是不同
的，而且是有誤差的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種以氣泡冒出靜態(tài)現(xiàn)象為測量點的濾材孔 徑測量的方法及其測量裝置。本發(fā)明的采用的技術手段如下
—種濾材孔徑測量的方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下 首先將被測量濾材同水平方向呈一定角度放置，且角度范圍為大于O度至小于 180度之間；然后在濾材兩側分別加載液體壓強和氣體壓強；通過調節(jié)氣體壓強，以控制氣 體從濾材加載氣體壓強的一面鼓出到濾材加載液體壓強一面的冒泡位置，記錄該氣泡產(chǎn)生 位置的高度和加載氣體的壓強，通過公式P氣-p液gh二4YCOs9/D，式中y-液體表面張
力，P，-孔隙處氣體的壓力，e-液體于孔壁的接觸角，D-孔的直徑，p ^-液體密度，h-液
體深度即濾材冒泡的位置的深度，g-重力加速度，計算得出濾材孔徑D。所述試驗液體采用
異丙醇液體；所述被測量濾材垂直于水平方向放置；所述濾材加載液體壓強一面的冒泡位
置的深度確認方法為，取濾材均勻冒泡的區(qū)域的下邊緣各冒泡點的深度的平均值。
—種濾材孔徑測量裝置，其特征在于包括測量盒、氣源、氣壓表和壓力調節(jié)裝置；
所述測量盒包括氣體箱和液體箱，所述氣體箱包括進氣部和氣體緩存部，所述液體箱設有
液體儲存部、觀察窗和氣體逸出部；使用時濾材通過試樣緊固橡膠圈固定在氣體箱和液體
箱相連接處，將氣體緩存部和液體儲存部分隔開后將氣體箱和液體箱進行緊固，并在液體
箱的液體存儲部添加試驗液體，然后通過壓力調節(jié)裝置調節(jié)氣源通向測量盒的氣體箱中的
氣體的壓強，該氣體的壓強通過連接在通氣管路上的氣壓表讀取。所述氣源由儲氣罐和空氣壓縮機構成。所述氣源處還設有排放多余氣體的放氣閥。所述氣壓表由不同測量范圍與 不同測量精度的氣壓表組合配置。所述液體箱的觀察窗旁邊設有刻度尺。所述液體箱上還 設有液體排放部。 由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提供的濾材孔徑測量的方法及其測量裝置，摒 棄了已有將濾材與水平方向放置以氣泡冒出瞬間為測量點的孔徑測量方法，因為這一瞬間 對于人員的反應及操作不同會產(chǎn)生誤差，以一種靜態(tài)現(xiàn)象為測量點，準確性與測量精度大 大提高，而且僅需一名操作人員及可完成測量。由于其結構簡單、操作方便、測量準確適于 在濾材孔徑測量中廣泛推廣。
圖1是本發(fā)明實施例中測量盒的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例中濾材測量裝置的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例中液面高度H與氣泡數(shù)n的關系曲線示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例中濾材產(chǎn)生氣泡的位置示意圖。
具體實施例方式
該濾材孔徑測量的方法及其測量裝置的工作原理是利用液體深度增加，壓力隨著 增加的原理來設計的，將濾材試樣與水平方向垂直放置(或者呈一定角度放置)，這樣在濾 材毛細管處的氣-液壓力差為Ap = P，-p *gh。我們利用拉普拉斯定律和數(shù)學模型可以 推出我們的計算公式為P氣-P agh = 4YC0Se/D。式中Y-液體表面張力，P氣-孔隙處 氣體的壓力；9 _液體于孔壁的接觸角；D-孔的直徑；P a_液體密度；h_液體深度即濾材 冒泡的位置的深度；g-重力加速度。為試驗方便，其中試驗液體選用異丙醇為試驗液體，由 于異丙醇的表面張力小，這樣只要在同一溫度下被測濾材的表面張力大于異丙醇的表面張
力，就可以視作液固完全浸潤，式中e 二o，則cose = L最終公式為p氣-p液gh = 4y/D。 本發(fā)明方法是將被測濾材與地平面(水平面)垂直放置(或成一定角度放置，角 度范圍為大于0度至小于180度之間)，然后在濾材兩側分別加載液體壓強和氣體壓強； 通過調節(jié)氣體壓強，以控制氣體從濾材加載氣體壓強的一面鼓出到濾材加載液體壓強一面 的冒泡位置，這樣被測濾材受到液體的壓強是隨著液面高度不同在變化，那么在同一氣體 壓強的情況下，被測濾材空隙的毛細管中形成半月面的氣-液內(nèi)外壓力差是不同的，所以 隨著氣體壓強慢慢變大，會出現(xiàn)氣泡由上向下依次慢慢冒出。在一定的氣體壓強下，液面 高度H與氣泡數(shù)n的關系如圖3所示，也就是說深度越深氣泡數(shù)量越少，那么拐點a(本實 施例取濾材均勻冒泡的區(qū)域的下邊緣各冒泡點的深度的平均值為該拐點a)即是我們所要 求的測量點，然后記錄該氣泡產(chǎn)生位置的高度和加載氣體的壓強，根據(jù)公式P，-P gh = 4Ycose/D計算得出濾材的孔的直徑D。此現(xiàn)象是靜態(tài)的冒泡過程，不斷冒出的氣泡被定 格在某一高度的位置上，所以比現(xiàn)有的把第一個氣泡冒出的瞬間作為測量點更為科學，也 避免了操作人員反映及操作不同產(chǎn)生的誤差。 本發(fā)明方法會出現(xiàn)如下圖4的冒泡現(xiàn)象。測量的冒泡點位置應該是位于圖4中標 注A、 B、 C、 D的氣泡點處，為更加準確的得出濾材孔徑的大小，濾材加載液體壓強一面的冒泡位置的深度確認方法為，取濾材均勻冒泡的區(qū)域的下邊緣各冒泡點的深度的平均值，即 取A、B、C、D的氣泡點的深度的平均值。當被測濾材出現(xiàn)不勻的情況時，由于孔徑大于正常 的孔徑，所以氣泡冒出的壓差變小，氣體壓力一定，所以會有氣泡在液體壓力值大的地方冒 出來。若出現(xiàn)此情況，那么氣泡點E的位置應該被看成是一個奇點，這里也可被視作最大孔 徑。 如圖1和圖2所示，濾材孔徑測量裝置包括測量盒、氣源、氣壓表和壓力調節(jié)裝 置；測量盒包括氣體箱1和液體箱2，所述氣體箱1包括進氣部5和氣體緩存部6，所述液 體箱2設有液體儲存部10、觀察窗11 (設置在液體箱的側壁上，用于觀測氣泡產(chǎn)生的位置) 和氣體逸出部12(用于排放氣體箱流向液體箱的氣體)；使用時濾材3通過試樣緊固橡膠 圈7、8固定在氣體箱1和液體箱2相連接處將氣體緩存部6和液體儲存部10分隔開后，通 過螺釘4將氣體箱和液體箱進行緊固，并在液體箱2的液體存儲部10添加試驗液體，然后 通過壓力調節(jié)裝置20調節(jié)氣源通向測量盒的氣體箱6中的氣體的壓強，該氣體的壓強通過 連接在通氣管路上的氣壓表讀取。本實施例中的氣源由儲氣罐22和空氣壓縮機21構成。 另外，氣源處還設有排放多余氣體的放氣閥23。為測試更加精確該測試裝置中的氣壓表由 不同測量范圍與不同測量精度的氣壓表組合配置進行測量。另外，在液體箱的觀察窗旁邊 設有觀察測量冒泡點深度的刻度尺15，在液體箱上還設有液體排放部13。
整個裝置的具體工作過程如下測量裝置的氣源由微型空氣壓縮機21提供，氣源 進入儲氣罐22得到穩(wěn)壓后，通過調節(jié)調節(jié)裝置20 (本實施利采用旋擰閥)調節(jié)進入測量盒 的進氣量，多余的氣體由放氣閥23放出。通過兩塊不同量程且不同精度的壓力表讀出測量 點的壓力值即Ap。此壓差在液體箱2、氣體箱1和待測濾材3中產(chǎn)生，通過觀察窗11觀察 測量點，并用深度刻度尺15記錄測量點的液體深度。首先將壓力表16、17調零，將待測濾 材3安放在氣體箱1與液體箱2中間的待測濾材3安放區(qū)中，將規(guī)定體積異丙醇液體從氣 體逸出部12注入測量盒，然后檢查安全閥18、17和旋擰閥，并將此三個閥門關閉。設定好 放氣閥23的出氣量之后，我們打開微型空氣壓縮機21的開關，并等待儲氣罐中的氣體達到 穩(wěn)定之后，先打開大量程壓力表16下的安全閥18，觀察壓力表上的讀數(shù)，若旋擰閥沒有損 壞并已經(jīng)關閉，我們會觀察到壓力表16的壓力為零或為很小的負值，此時我們打開小量程 壓力表17下的安全閥19?，F(xiàn)在我們可以旋轉慢慢打開旋擰閥，并從觀察窗中觀察冒泡的現(xiàn) 象，若出現(xiàn)所規(guī)定的冒泡現(xiàn)象時壓力小于閾值，那么停止旋轉旋擰閥，并記錄壓力表的數(shù)值 和規(guī)定的冒泡點的深度值。若壓力值達到閾值時還沒有出現(xiàn)規(guī)定的冒泡現(xiàn)象，關掉小量程 壓力小17下面的安全閥19，然后調節(jié)旋擰閥，直到出現(xiàn)規(guī)定的冒泡現(xiàn)象，記錄壓力表的數(shù) 值并用刻度尺15讀出規(guī)定的冒泡點的深度值，用溫度計14試液的溫度。然后通過計算軟 件計算出被測濾材的孔徑。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其 發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種濾材孔徑測量的方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下首先將被測量濾材同水平方向呈一定角度放置，且角度范圍為大于0度至小于180度之間；然后在濾材兩側分別加載液體壓強和氣體壓強；通過調節(jié)氣體壓強，以控制氣體從濾材加載氣體壓強的一面鼓出到濾材加載液體壓強一面的冒泡位置，記錄該氣泡產(chǎn)生位置的高度和加載氣體的壓強，通過公式P氣-ρ液gh＝4γcosθ/D，式中γ-液體表面張力，P氣-孔隙處氣體的壓力，θ-液體于孔壁的接觸角，D-孔的直徑，ρ液-液體密度，h-液體深度即濾材冒泡的位置的深度，g-重力加速度，計算得出濾材孔徑D。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述試驗液體采用異丙醇液體。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述被測量濾材垂直于水平方向放置。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述濾材加載液體壓強一面的冒泡位置的 深度確認方法為，取濾材均勻冒泡的區(qū)域的下邊緣各冒泡點的深度的平均值。
5. —種采用權利要求1所述的濾材孔徑測量方法的測量裝置，其特征在于包括測量 盒、氣源、氣壓表和壓力調節(jié)裝置；所述測量盒包括氣體箱和液體箱，所述氣體箱包括進 氣部和氣體緩存部，所述液體箱設有液體儲存部、觀察窗和氣體逸出部；使用時濾材通過試 樣緊固橡膠圈固定在氣體箱和液體箱相連接處將氣體緩存部和液體儲存部分隔開后，將氣 體箱和液體箱進行緊固，并在液體箱的液體存儲部添加試驗液體，然后通過壓力調節(jié)裝置 調節(jié)氣源通向測量盒的氣體箱中的氣體的壓強，該氣體的壓強通過連接在通氣管路上的氣 壓表讀取。
6. 根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述氣源由儲氣罐和空氣壓縮機構成。
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于所述氣源處還設有排放多余氣體的放氣閥。
8. 根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述氣壓表由不同測量范圍與不同測量精 度的氣壓表組合配置。
9. 根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述液體箱的觀察窗旁邊設有刻度尺。
10. 根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述液體箱上還設有液體排放部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濾材孔徑測量的方法及其測量裝置，方法實現(xiàn)步驟如下首先將被測量濾材同水平方向呈一定角度放置，且角度范圍為大于0度至小于180度之間；然后在濾材兩側分別加載液體壓強和氣體壓強；通過調節(jié)氣體壓強，以控制氣體從濾材加載氣體壓強的一面鼓出到濾材加載液體壓強一面的冒泡位置，記錄該氣泡產(chǎn)生位置的高度和加載氣體的壓強，通過拉普拉斯定律和數(shù)學模型計算得出濾材孔徑；測量裝置包括測量盒、氣源、氣壓表和壓力調節(jié)裝置。該方法及裝置，以一種靜態(tài)現(xiàn)象為測量點，準確性與測量精度大大提高，而且僅需一名操作人員及可完成測量。由于其結構簡單、操作方便、測量準確適于在濾材孔徑測量中廣泛推廣。
文檔編號G01B13/10GK101762251SQ201010010110
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權日2010年1月12日
發(fā)明者李淳, 王昊, 王曉旭, 閆哲論 申請人:大連工業(yè)大學