[發明專利]一種實驗室自動測定礦巖散體孔隙度的裝置及測定方法

有效

• 申請號: 201910341252.3
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109932521B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 丁航行;李廣輝;劉歡;任鳳玉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

1.一種實驗室自動測定礦巖散體孔隙度的測定方法，該方法基于實驗室自動測定礦巖散體孔隙度裝置，所述該裝置包括：實驗箱體(1)、監測機構(2)和控制系統(3)，所述實驗箱體(1)包括殼體(11)，在殼體(11)內設置有底座(12)，在底座(12)上設置有內膽(13)，所述內膽(13)為一體成型結構，在內膽(13)上方設置有內膽蓋(14)，內膽蓋(14)通過電動推桿(15)設置在殼體(11)上，內膽蓋(14)可在電動推桿(15)推動下進入內膽(13)內腔、形成密閉空間，所述電動推桿(15)行程與內膽(13)深度一致，在內膽蓋(14)上設置有自吸水泵(16)、注水管(17)和控制注水管(17)的電磁閥(18)，在所述內膽(13)側壁外部設置有烘干裝置(19)，所述烘干裝置(19)選用加熱絲或者加熱盤，設置在內膽(13)的左、右兩側，與內膽(13)相對應，所述監測機構(2)包括稱重傳感器(21)、溫度傳感器(26)、電位計(22)、編碼器(23)、液位開關(24)、控制儀表(25)，稱重傳感器(21)和溫度傳感器(26)設置于底座(12)，電位計(22)和編碼器(23)設置在電動推桿(15)上，液位開關(24)設置于內膽蓋(14)的下表面，所述控制系統(3)包括可編程邏輯控制器(31)、交換機(32)、計算機(33)；可編程邏輯控制器(31)通過交換機(32)與計算機(33)相連，所述電動推桿(15)、自吸水泵(16)、電磁閥(18)及烘干裝置(19)的輸入端與可編程邏輯控制器(31)的輸出端相連，所述電位計(22)、液位開關(24)的輸出端與可編程邏輯控制器(31)的輸入端相連，稱重傳感器(21)、溫度傳感器(26)及編碼器(23)通過控制儀表(25)與可編程邏輯控制器(31)相連，在所述烘干裝置(19)與殼體(11)側壁之間設置有隔熱層，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：將注水管(17)與水源連通，接通總電源并啟動，檢測各部件運行狀況是否正常，若有部件運行狀況異常，則進行維修，若工作狀態都正常，再查看控制儀表(25)顯示數值是否為零，若不是，歸零處理；

步驟二：在計算機(33)上輸入預定的稱重傳感器信號穩定時間閾值t、液位開關閾值a、溫度傳感器的溫度閾值T、內膽底面積s及內膽高度H；

步驟三：取出內膽(13)，在內膽(13)中加入待測散體，并將散體的上表面鋪平，將內膽(13)歸位，計算機(33)通過可編程邏輯控制器(31)開啟烘干裝置(19)，可編程邏輯控制器(31)同時監測稱重傳感器(21)的數值，若所述數值維持穩定時間超過步驟二中所述的時間閾值t，則關閉烘干裝置(19)，自然冷卻散體，同時可編程邏輯控制器(31)監測溫度傳感器(26)的溫度值變化；

步驟四：當可編程邏輯控制器(31)監測溫度傳感器(26)的溫度值達到步驟二中所述的溫度閾值T時，計算機(33)通過可編程邏輯控制器(31)控制電動推桿(15)驅動內膽蓋(14)向下運行，當內膽蓋(14)觸及內膽(13)中的散體上表面時，電位計(22)令電動推桿(15)停止運行，編碼器(23)將電動推桿的行程L輸送給可編程邏輯控制器(31)，并由計算機(33)記錄；

通過公式h＝H-L，其中h為散體高度，H為內膽高度，L為電動推桿的行程，得出散體高度h，并顯示于控制儀表(25)；

步驟五：計算機(33)通過可編程邏輯控制器(31)開啟電磁閥(18)，水源通過注水管(17)向內膽(13)中注入水，當內膽(13)中的水面觸及液位開關(24)時，液位開關(24)傳遞信號給可編程邏輯控制器(31)，可編程邏輯控制器(31)關閉電磁閥(18)，散體吸水后，水面下降，當水面下降距離達到液位開關閾值a時，液位開關(24)傳遞信號給可編程邏輯控制器(31)，可編程邏輯控制器(31)開啟電磁閥(18)補水，水面觸及液位開關(24)時，可編程邏輯控制器(31)再次關閉電磁閥(18)，散體吸水后，水面下降，當下降距離達到液位開關閾值a時，液位開關(24)傳遞信號給可編程邏輯控制器(31)，可編程邏輯控制器(31)開啟電磁閥(18)補水，此過程循環數次，直至水面不再下降，即散體吸水飽和，同時稱重傳感器(21)的信號維持穩定時間超過步驟二中所述的時間閾值t時，計算機(33)記錄內膽中散體和水的總重量值G₁，并顯示于控制儀表(25)；

步驟六：計算機(33)通過可編程邏輯控制器(31)開啟自吸水泵(16)，抽出內膽(13)中散體吸水飽和后多余的水，當稱重傳感器(21)的信號維持穩定時間超過步驟二中所述的時間閾值t時，可編程邏輯控制器(31)關閉自吸水泵(16)，計算機(33)記錄散體吸水飽和后的重量G₂，并顯示于控制儀表(25)；

第七步：通過公式得出所測散體的孔隙率，并顯示于控制儀表(25)；

式中：n為散體孔隙率，g為重力加速度，ρ_水為水的密度；

第八步：保存實驗數據，電動推桿(15)升起內膽蓋(14)，取出內膽(13)，倒掉散體，清洗內膽，放回殼體(11)內，準備下一組實驗或者關閉實驗系統。

2.如權利要求1所述的實驗室自動測定礦巖散體孔隙度的測定方法，其特征在于，所述步驟二中稱重傳感器信號穩定時間閾值t為2min-10min，液位開關閾值a為0mm-1mm，溫度傳感器的溫度閾值T為當時當地的室溫。