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压汞法测量原理

在做汞压力测试时,科学指南针测试平台的工作人员从与许多学生的沟通中了解到,许多学生对汞压力测试了解不多。为此,科学指南针测试平台团队组织相关同事整理在线海量知识,希望帮助科研界的合作伙伴;

毛细管压力是指毛细管中润湿相或非润湿相液体产生的凹凸曲面的附加压力。汞对固体表面非润湿性。相对而言,材料孔隙中的空气或汞蒸气是润湿相,向材料孔隙中注入汞是用非润湿相代替润湿相。因此,汞只能在压力下进入多孔材料的孔隙。

压汞法以圆柱形孔隙模型为基础。根据Washburn方程样品孔径和压力成反比。在给定压力下,将常温汞压入材料毛细孔,毛细管与汞的接触面会产生与外界压力方向相反的毛细管力,阻碍汞进入毛细管。当压力大于毛细管力时,汞会继续侵入孔隙。因此,外界施加的压力值可以测量相应孔径的大小。汞注射过程是一个动态平衡过程,注射压力几乎等于毛细管压力,相应的毛细管半径为孔隙喉半径,进入孔隙的汞体积与喉连接的孔体积。毛管压力曲线可通过不断改变注汞压力获得,其计算公式为

式中,

Pc——毛细管压力,MPa;

σ——汞与空气的界面张力,N/m;

θ——汞和岩石的润湿角变为135°~142°;

r——孔隙半径,μm。

孔半径r对应的毛管压力为:

注汞压力从P1增大到P二、对应孔径由r1减小至r2.这一阶段的汞注射量是两个孔径之间孔对应的孔体积。当汞注射压力持续增加时,可以测量不同孔径的汞进入量。然而,在真实情况下,孔结构复杂。除了连接孔外,材料中还可能有一些死孔,这些孔汞无法进入,因此汞压力法无法检测死孔。

低压注汞后,汞充满膨胀计样品杯和膨胀计毛细管。由于汞本身是一种导电材料,膨胀计中的汞和外部金属涂层相当于电容器两端的金属板;毛细管(一般为耐高压玻璃)相当于绝缘板。在实验过程中,汞被压入多孔样品,导致膨胀计毛细管中汞柱长度发生变化,导致电容器电量发生变化。传感器采集电量信息,转化为汞的变化,然后测量孔隙特征,模拟相关图谱,计算孔隙率等数据。

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标签: 三极片传感器

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