Устройство для измерения проницаемости мембран

 

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит две кэмеры, заполненные упругим пористым материалом, нажимной диск, вставленный в камеру, силовой шток, передающий усилие сжатия к нажимному диску. Модуль упругости пористого материала должен обеспечить равномерность обжатия мембраны. К центру нажимного диска прикреплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку ячейки наружу. 1 ил.

„„>Ц„„1755119 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

Изобретение относится к измерйтель- фланцев к мембране, но не препятствуат ной технике и может быть использовано при прохождению газа-йермеата. экспериментальных исследованиях: влия- Однако ячейка с пористыми металличе- Р ния механического обжатия при давленйи скимидискамийредстабляетсобойжесткую более 0,1 МПа на проницаемость и диффу- конструкцию и в случае обжатия мембраны зию газов в мембранах, с неровной поверхностью вйпуклые участИэвестно устройство для измерения ки, с наибольшей толщиной, сжимаются проницаемости в условиях повышенного сильнее, чем более тонкие, Например, если давления, когда с одной стороны мембраны, толщина более толстых участков. суммарная Л разделяющейдвекамерыячейки,находится площадь которых составляет А от всей сжатый газ. :...:;: . площади мембраны, превышает Hà dô толВ таком устройстве при измерении как щину остальной площади мембраны, то ве- 0 мембрана, так и диффузант, находятся в личиньгмеханическогонапряжениясжатияв сжатом состоянии под давлением одной и . толстых участках о1 и на остальной площатой же величины, ди а при малых величйнах давления сжаИзвестно также устройство, принятое . тия Р < Po = EAd (1+d) равны:

° апай за прототип, в котором ячейка установлена Р между пуансоном и матрицей пресса для А обжатия мембраны. Каждый из двух флан- при Р > Р0. цев, составляющих ячейку, имеет камеру-углубление. В камеры заподлицо вставлены P + E 1 — А б . жесткие пористые металлические диски, которые передают сжимающее усилие от

1+0 — Ad

1 (21) 4902613/25 (22) 15,01.91 (46) 15,08.92. Бюл. М 30 (71) Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова (72) С.В,Зудин и С.Н.Гладких (56) Ломакин В,В., Крыкин М.А, Теоретические основы химической технологии, 1987, т.21. N. 3, с.323-327.

Чалых А.Е. Диффузия в полимерных системах, M,: Химия, 1987, с.62, 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРО-

НИЦАЕМОСТИ МЕМБРАН (57) Изобретение относится к измерительной технике, Устройство содержит две камеры, заполненные упругим порйстым материалом, нажимной диск, вставленный в камеру, сйловой шток, передающий усилие сжатия к нажимному диску. Модуль упругости пористого материала должен обеспечить равномерность обжатия мембраны. К центру нажимного диска прикреплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого гврметйчйо выведен через стенку ячейки наружу. 1 ил.

1755119

P 1+ d — E Ad

1+d — Ad где Š— модуль IOнга,для полимеров Е "1

ГПа.

5 п1 намного превышает Р, à cr< меньше

Р, Для реальных мембран A=d 10%. В этом случае ошибки, связанные с отклонениями напряжений от измеряемой величины давления сжатия Р 1 10 МПа, будут равны 10 при Р < Ро 10 МПа:

РA — 1 =900%;

1оо % (3) при Р > P1>.

О 1 Р 1 — А d E 4 1 1 д — Ад (- 1) =: 1о — 1oo ;(4) о,— р

— (—,)--10 - о

Отсюда видно, что реальные напряжения могут отличаться от средней величины в несколько раз.

Таким образом, существенным недо- 25 статком устройства-прототипа является неравномерность сжатия по площади мембраны, Цель изобретения — расширение диапазона величины давления сжатия мембраны- 30 на область свыше 0,1 МПа.

Для этого в камеру вставлен нажимной диск и упругая пористая прокладка толщиной L, изготовленная из материала, модуль упругости которого удовлетворяет условию: 35

Е < LP д/Лt, . (5) где P äàâëåíèå cæàòèÿ; hl- максимальная разность толщин мембраны в различных точках; д — допустимая погрешность измерения, а к центру нажимного диска при- 40. креплен один конец силового подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку ячейки наружу.

Известны различные уплотнительные или амортизирующие прокладки, которые 45 при затяжке или сжатии равномерно распределяют усилие сжатия по площади и одновременно уплотняют и герметизируют место контакта с рабочей поверхностью, что будет препятствовать подводу и отводу газа 50 в процессе проницаемости через мембрану.

Таким образом, известные решения: устройство-прототип с жесткими металлическими пористыми пластинами, а также уплотнительные и амортизирующие про- 55 кладки йе позволяют достичь положительного эффекта — проведения процесса газопроницаемости мембраны, находящейся в условиях сжатия.

Применение пористых упругих материалов, удовлетворяющих условию позволяет, как показывают эксперименты и подтверждают проверочные расчеты на основе уравнений теории упругости, достичь цель изобретения.

На чертеже изобра>кено предлагаемое устройство.

Между фланцами 1 с камерами, заполненными пористым упругим материалом 2, расположена исследуемая мембрана 3. Герметизация ячейки осуществляется с помощью прокладок 4, Давление сжатия мембраны создается нажимным диском 5, воспринимающим усилие от пуансона пресса 6 через силовой подвижной шток 7.

Для проведения измерений в камеры фланцев вставляют нажимной диск с силовым штоком и диски из пористого упругого материала, затем между фланцами зажимается исследуемая мембрана и ячейка герметизируется. Пуансоном пресса воздействуют на силовой подвижной шток с усилием, необходимым для создания требуемой величины давления сжатия мембраны в процессе проведения измерения.

Предлагаемое устройство было использовано для экспериментального исследования влияния давления сжатия мембраны из поли-4-метилпентена-1 толщиной 100 мкм в диапазоне 0,1-12 МПа на величину проницаемости кислорода и гелия при температуре 293 К, Максимальная разнотолщинность мембраны в различных точках составляла 10 мкм. В качестве пористого упругого материала использовались полимернь1е микрофильтры типа МФА или пористая резина толщиной 1 — 2 мм, Модули упругости обоих выбранных материалов удовлетворяли условию (5) и составляли 1,5-3 МПа. Отличие результатов, полученных для разных типов пористых упругих материалов, не выходило за предел погрешности измерений, равный

10%, Проведение измерений при давлении сжатия мембраны свыше 12 МПа,требует наличия мощного пресса с усилием свыше

15 т для мембран площадью 100 см2, Формула изобретения

Устройство для измерения проницаемости мембран, находящихся в условиях сжатия, содержащее средство давления и две камеры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона на область свыше 0,1 МПа, в одной из камер размещена упругая пористая прокладка толщиной ., изготовленная из материала, модуль упругости которого удовлетворяет условию Е <

0,1LPI Л I, где Р— давление сжатия: Л Iмаксимальная разность толщин мембраны.в

1755119

Составитель Е.Карманова

Техред М.Моргентал Корректор E Папп

Редактор М.Товтин

Заказ 2886 Тираж . Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат" Патент",г.Ужгород,уд, Гагарина,101 различйых точках, а средство давления выполнено в виде размещенного в камере нажимного диска, к центру которого

6 прикреплен один конец силоаого подвижного штока, второй конец которого герметично выведен через стенку камеры наружу,