[发明专利]材料吸附量-变形-渗透系数测量的方法及装置

权利要求书

1.一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，其特征在于：包括气源子系统(1)、气体注入与控制子系统(2)、加载子系统(3)、数据采集子系统(4)和恒温水槽(5)，其特征在于：气源子系统(1)通过不锈钢管(2.1)与气体注入与控制子系统(2)内的第四三通(2.8d)连接，气体注入与控制子系统(2)通过不锈钢管(2.1)与加载子系统(3)内的第一多孔垫片(3.5a)及第二多孔垫片(3.5b)连接，气体注入与控制子系统(2)中的管路放在恒温水槽(5)中，气体注入与控制子系统(2)中的差压计(2.4)和压力传感器(2.3)分别通过第五电缆(4.1e)和第四电缆(4.1d)与数据采集子系统(4)内的第一采集卡(4.2a)连接，加载子系统(3)中的温度传感器(3.4)、轴向变形传感器(3.6)和径向变形传感器(3.7)分别通过第一电缆(4.1a)、第二电缆(4.1b)、第三电缆(4.1c)与数据采集子系统(4)内的第二采集卡(4.2b)连接；

所述的气体注入与控制子系统(2)包括不锈钢管(2.1)、上游计量泵(2.2a)、下游计量泵(2.2b)、压力传感器(2.3)、差压计(2.4)、真空泵(2.5)、第一阀门(2.7a)、第二阀门(2.7b)、第三阀门(2.7c)、第四阀门(2.7d)、第五阀门(2.7e)、第六阀门(2.7f)、第七阀门(2.7g)和第八阀门(2.7h)、第一三通(2.8a)、第二三通(2.8b)、第三三通(2.8c)、第四三通(2.8d)、第一四通(2.9a)、第二四通(2.9b)，第四三通(2.8d)通过不锈钢管(2.1)与气源子系统(1)中的六通阀(1.3)连接；第四三通(2.8d)两端分别与第三阀门(2.7c)和第四阀门(2.7d)连接，第二阀门(2.7b)与第一三通(2.8a)连接；第一三通(2.8a)一端连接第七阀门(2.7g)，第一三通(2.8a)另一端和第一四通(2.9a)连接；第一四通(2.9a)一端连接差压计(2.4)，第一四通(2.9a)另一端连接压力传感器(2.3)，压力传感器(2.3)通过第四电缆(4.1d)与数据采集子系统(4)连接，差压计(2.4)通过第五电缆(4.1e)与数据采集子系统(4)连接，第一四通(2.9a)与第一阀门(2.7a)连接，第五阀门(2.7e)与第二四通(2.9b)连接，第二四通(2.9b)一端与第六阀门(2.7f)连接，第六阀门(2.7f)连接第三三通(2.8c)，第三三通(2.8c)一端与真空表(2.6)连接，第三三通(2.8c)另一端与真空泵(2.5)连接，第二四通(2.9b)另一端与连接上下游管路的第七阀门(2.7g)相 连，第二四通(2.9b)连接第八阀门(2.7h)；所述的加载子系统(3)包括压力室(3.1)、试样(3.2)、液压油(3.3)、温度传感器(3.4)、第一多孔垫片(3.5a)、第二多孔垫片(3.5b)、轴向变形传感器(3.6)、径向变形传感器(3.7)、加热器(3.8)，第一多孔垫片(3.5a)和第二多孔垫片(3.5b)分别通过不锈钢管(2.1)与气体注入与控制子系统(2)中的上、下游管路连接；压力室(3.1)内安放有加热器(3.8)和温度传感器(3.4)，温度传感器(3.4)通过第一电缆(4.1a)与数据采集子系统(4)中的第二采集卡(4.2b)连接，轴向变形传感器(3.6)通过第二电缆(4.1b)与数据采集子系统(4)中的第二采集卡(4.2b)连接，径向变形传感器(3.7)通过第三电缆(4.1c)与数据采集子系统(4)中的第二采集卡(4.2b)连接；所述的数据采集子系统(4)包括第一电缆(4.1a)、第二电缆(4.1b)、第三电缆(4.1c)、第四电缆(4.1d)、第五电缆(4.1e)、第一采集卡(4.2a)、第二采集卡(4.2b)、第一USB数据线(4.3a)、第二USB数据线(4.3b)，第一采集卡(4.2a)通过第一USB数据线(4.3a)与计算机(4.4)连接，第二采集卡(4.2b)通过第二USB数据线(4.3b)与计算机(4.4)连接。

2.一种利用权利要求1所述的装置测量材料吸附量-变形-渗透系数的方法，它包括以下步骤：

1)、将材料加工成圆柱形试样(3.2)；

2)、将圆柱形试样(3.2)及第一多孔垫片(3.5a)和第二多孔垫片(3.5b)用密封材料包裹，安放在压力室(3.1)内，在压力室(3.1)内安装好温度传感器(3.4)、轴向变形传感器(3.6)、径向变形传感器(3.7)、加热器(3.8)，连接好压力室(3.1)内与圆柱形试样(3.2)两端第一多孔垫片(3.5a)和第二多孔垫片(3.5b)相连接的注气管路，向压力室(3.1)内注满液压油(3.3)；

3)、将上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体排出，上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)活塞推至最顶端，将六通阀(1.3)调至关闭位置，打开管路中的第一阀门(2.7a)、第二阀门(2.7b)、第三阀门(2.7c)、第四阀门(2.7d)、第五阀门(2.7e)、第六阀门(2.7f)、第七阀门(2.7g)、第八阀门(2.7h)，启动真空泵(2.5)，给系统抽真空；

4)、关闭和真空泵(2.5)连接的第六阀门(2.7f)，关闭真空泵(2.5)，关闭第二阀门(2.7b)和第五阀门(2.7e)，将六通阀(1.3)调至氦气气瓶位置，给 上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)充入He，关闭第三阀门(2.7c)和第四阀门(2.7d)，将上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)设置为恒压模式，上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)的压力值相等，分别记下上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体的体积和压力值；

5)、给压力室(3.1)内液压油(3.3)加压；

6)、关闭连接上下游管路的第七阀门(2.7g)，打开第二阀门(2.7b)和第五阀门(2.7e)，开始向试样(3.2)注气；

7)、上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内压力稳定后，记下上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体的压力和体积；

8)、第4步中气体的体积与第7步中气体的体积的差值为系统的死容积；

9)、将六通阀(1.3)调至放空位置，将上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体全部排出，上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)活塞推至顶端，将六通阀(1.3)调至关闭位置，打开管路中的第一阀门(2.7a)、第二阀门(2.7b)、第三阀门(2.7c)、第四阀门(2.7d)、第五阀门(2.7e)、第六阀门(2.7f)、第七阀门(2.7g)和第八阀门(2.7h)，启动真空泵(2.5)，对整个试验系统抽真空；

10)、关闭和真空泵(2.5)连接的第六阀门(2.7f)，关闭真空泵(2.5)，关闭第二阀门(2.7b)、第五阀门(2.7e)，将六通阀(1.3)调至二氧化碳气瓶位置，给上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)充满CO₂，关闭第三阀门(2.7c)和第四阀门(2.7d)，将上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)设置为恒压模式，上游计量泵(2.2a)的压力大于下游计量泵(2.2b)的压力值，记录上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内CO₂气体的体积和压力值；

11)、给压力室(3.1)内液压油(3.3)加压；

12)、关闭连接上下游管路的第七阀门(2.7g)，打开第二阀门(2.7b)和第五阀门(2.7e)，开始向试样(3.2)注气；

13)、记录上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体体积的变化速率，采集差压计(2.3)、轴向变形传感器(3.6)、径向变形传感器(3.7)的数据；

14)、当上游计量泵(2.2a)注气速率与下游计量泵(2.2b)吸气速率相等时，材料的吸附达平衡，记下此速率，差压计的读数及上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)内气体的体积和压力值； 

15)、第10步中CO₂的体积与第14步中CO₂的体积以及系统死容积的差值为材料吸附CO₂气体的量，变形由传感器直接得到，渗透系数根据达西定律由第14步中的速率和差压求得；

16)、改变第10步中上游计量泵(2.2a)和下游计量泵(2.2b)的设定压力值，测量不同压力下材料吸附CO₂气体的量，变形以及渗透系数；

17)、重复第3和10-15步各一次，第10步中将六通阀(1.3)调至其它气瓶位置，所述气瓶包括氮气气瓶和甲烷气瓶，测量材料对其它气体的吸附量、变形和渗透系数。