Micromeritics의 수성 무전망침입 Porosimetry를 사용하는 물자의 물리적인 특성

커버되는 토픽

소개
측정의 이론 그리고 방법
유체 역학 및 모세관 유체정력학
실험적인 데이터 집합
측정 변형기

소개

porosimetry 수성 무전망침입은 분석가가 단 하나 이론 모형을 사용하여 그 같은 넓은 역학 범위에 데이터를 취득하는 것을 허용하는 약간 분석 기술의 한개입니다. porosimetry 수성은 일상적으로 0.003 µm에서 360의 µm- 5 크기 순서에 모세관 직경 범위에 적용됩니다! 이것은 정확도와 정밀도를 가진 측정과 동일 공구 사용과 동등합니다 모래알 및 30 이야기 건물의 고도의 직경.

숨구멍 규모의 광범위에 수은 porosimetry 적용 가능한 뿐만 아니라 입니다, 또한 (수은의 양 적용되는 압력의 기능으로 견본으로 난입해) 숨구멍 공간의 각종 특성을 표시하고 고형물의 다양한 유형 자산 자체를 제시하기 위하여 일으키는 기본적인 데이터는 사용됩니다.

3개 주요 종류로 분류되를 따르는 정보: I) 정보 수집에 있는 계기 이론 그리고 그것의 응용은 감소된 데이터에서, II) 정보, 그리고 III) 정보의 프리젠테이션 파생했습니다. 용어해설은 또한 포함됩니다.

액체가 특정 조건 하에서 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 정확하게로 수은 세공 측정기가 물자의 표면을 시험하고 세공 구조 안에 움직이는 방법 통찰력을 제공합니다. 이것은 1개가 잘 무슨 수은 무전망침입 및 밀어남 데이터가 시험 상황에서 견본에 관하여 의미하는 이해하는 것을 허용하고 1가 이론 모형의 경계의 이상으로 데이터를 이해하는 것을 허용합니다. 그것은 또한 1개가 그밖 측정 기술을 사용하여 장악된 유사한 데이터와 이론 모형을 교양있는 비교하는 것을 허용합니다.

여기에 포함된 정보는 특정 계기 제조자 또는 모형에 상관없이 porosimetry 수은의 일반적인 기술에 대부분에 관계합니다. 그러나, Micromeritics' 세공 측정기의 AutoPore 시리즈는 참고로 특히 보기가 요구되골 데이터 정리의 세부사항이 제출될 때, 사용됩니다.

측정의 이론 그리고 방법

분석적인 계기의 통상적인 조업은 계기 이론의 기본의 지식을 요구하지 않습니다. 그러나, 탐사기와 견본 사이 관계의 충분히 이해는 1개가 데이터 정리가 기지를 두는 이론 모형의 엄격한 제한의 이상으로 데이터를 해석하는 것을 허용합니다. 이것은 당좌 질 또는 순서 관리 응용을 위한 관련성을 제한할 수 있더라도, 연구 활동에 있는 극단적인 중요성 및 통제 응용을 위한 분석 방법의 개발할 때 입니다. 이런 이유로, 이 문서는 정보, 액체 수증기 및 liquidsolid 수증기 공용영역으로 nonwetting 액체가 액체 단단한 것에 내부와 외력 사이 찾는 평형에서 (특히, 수은) 어떻게에 관하여 반작용하는지 시작됩니다.

유체 역학 및 모세관 유체정력학

숫자 1.에서 보이는 것처럼 단단한 표면에 휴식하는 액체의 투하를 고려하십시오. 액체의 밑바닥은 단단한 표면과 접촉하여 입니다. 액체의 표면의 나머지는 다른 약간 액체와 접촉하여, 그것의 자신의 수증기 또는 공기 전형적으로 위에 있습니다. 이 윤곽에서는, 액체 단단하고, 액체 수증기 및 단단하 수증기 공용영역의 지역이 있습니다. 거기 또한 액체 단단하 수증기 경계 선에 의해 기술된 존재합니다.

단단한 표면에 휴식하는 비 젖음 액체의 투하의 숫자 1. 단면. 모든 공용영역은 보입니다.

각 공용영역에 있는 긴장이 있습니다. liquidvapor 계면 장력은 상징한 g,l-v 액체 액체 단단한 gl-s 및 단단하 수증기 G.입니다.s- v 액체 수증기 및 단단하 수증기 계면 장력은 또한 표면 장력으로 불립니다. 표면 장력에는 단위 길이 당 군대의 차원이 있고 공용영역에 접선으로 작동합니다.

단단한 것, 액체, 및 수증기 사이 존재하는 계면 장력이 액체 solidvapor 공용영역에 점에 단단하 수증기 표면에 액체 수증기 표면의 접촉의 각에 의하여 성격을 나타냅니다. 숫자 2는 동일 지상 물자에 휴식하는 다른 표면 장력의 5개의 액체를 보여줍니다. 다른 표면 에너지는 액체가 단단한 표면에 관련된 다른 접촉 각을 가정하는 원인이 됩니다. 더 높은 표면 장력의 단단한 표면에 휴식하는 접촉 각을 형성하는 표면에 낮은 표면 장력 (낮은 표면 에너지)를 가진 액체는 90° 밖으로 퍼질 것입니다; 이것은 젖음으로 불립니다. 액체의 표면 에너지가 고체의 그것을 초과하는 경우에, 액체는 구슬을 형성하고 접촉의 각은 90°와 180° 사이에서 있을 것입니다; 이것은 표면에 관련된 비 젖음 액체입니다.

휴식하는 단단한 표면에 숫자 2. 각종 액체. 접촉의 다른 각은 적시 및 비 젖음 액체를 위해 설명됩니다.

숫자 3.의 그들과 유사한 도표에 있는 액체 단단하 수증기 공용영역 및 그 점 결과에 모든 군대 선그림 표시하기 기술하는 선에 따라서 어떤 점을 고려하면. 이 삽화는 평형을 달성할 때까지 액체 투하가 수평한 표면에 첫째로 둘 때 일어나는 무엇이 시간 순서 (top-to-bottom 방식) 전시를 나타냅니다. 누구든개는 머리글자, 안정시키기 이전에 표면을 평평하게 하고 퍼지는 약간 둥근 투하를 상상할 수 있습니다. 접촉 각은 180°에 대략 시작되고, liquidsolid- 수증기 공용영역에 액체 수증기 긴장 선그림은 접촉의 각으로 조준합니다. 접촉 각이 줄이는 때, 액체 수증기 긴장 선그림의 수평한 분대는 크기에서 변경하고, 접촉 각이 90° 지나서 줄이는 경우에, 수평한 분대는 표시를 바꿉니다. 액체 수증기 긴장 선그림 동등한 것 0 의 평형의 단단하 수증기 긴장 선그림, 액체 단단한 긴장 선그림 및 수평한 분대의 합계가 일어날 때 퍼지는 것은 정지합니다.

숫자 3. 단단한 표면에 둔 액체의 작은 물방울은 3개의 긴장 선그림의 수평한 힘성분을 균형을 잡는 접촉 각을 가정합니다. 이 보기를 위해, è3는 그 각 평형에 있는 결과입니다.

액체 수증기 공용영역에 액체의 표면은 단단한 표면이 x-y 비행기인1 y-z2 비행기에서 2개 반경, r와 r, x-z 비행기에서 하나가, 그 외 있는 곡율을 가정합니다. 이것은 표면 장력의 또 다른 효력입니다. 지상 분자는 r = r = R. 표면 장력이 표면 및 양을 계약하는 가장 작은 윤곽으로1 표면 당기는2 탄력 있는 막 같이 표면 A의 단위 넓이 당 내력 F가i 동일 면적소에2 외력을 가진 평형에 있을 때까지, 이상적으로 구체를 작동합니다. 압력부터, P는, 단위 넓이 당 군대입니다 (F/A) 의 평형은 내부와 외부 압력 식으로 표현될 수 있습니다. 둥근 표면을 위한 젊음 그리고 Laplace의 방정식에서, 표면을 통해 압력에 있는 다름은 입니다

P" - P' = ϒ (1/r+1 1/r)2 = 2ϒ /r (1)

P가" 오목한 측, P에 압력' 볼록한 측, g에 압력 액체 수증기 표면 장력, 그리고인 곳에, 둥근 표면이기 때문에, r1 = R.2

계면 장력은 또한 액체가 모세관 현상을 전시하는 원인이 됩니다. 수증기 측에서 수증기 액체 표면을 돌파하기 위하여 모세관의 1개의 끝이 강제되는 경우에, 젖음 액체는 자발적으로 모세관을 입력하고 외부 liquidvapor 공용영역의 위 수준에 일어납니다. 비 젖음 액체는 외부 액체 수증기 수준의 밑에 모세관 및 그것을 수준 항상 입력하는 저항합니다. 즉 nonwetting 액체는 모세관을 입력하기 위하여 강제되어야 합니다.

비 젖음 액체는 왜 모세관으로 입력을 저항합니까? 에 따라서 모세관 안쪽에 그리고 수증기 액체 단단한 경계를 기술하는 선, 액체 단단한 공용영역은 그 각을 힘평형에 있는 결과 가정합니다. 기여 군대는 액체 분자 사이 단결력의 그들, 그리고 모세관의 액체 분자와 벽 사이 부착력 입니다. 모세관 (초승달 모양)에 있는 액체 수증기 공용영역은 비 젖음 액체를 위한 젖음 액체 그리고 볼록 렌즈를 위해 오목합니다. 요약하자면, 모세관으로 액체의 무전망침입을 기술하기 위하여 필요로 한 3개의 물리적인 매개변수가 있습니다: 아) 액체 수증기 공용영역의 계면 장력 (g에 의해, b) 접촉 각 q, 및 고체에 c) 접촉 단순히 상징되는 표면 장력), 지금부터는 - 액체 수증기 경계의 선의 기하학. 접촉의 원형 선을 위해, 기하학은 r가 원형2 모세관의 반경인 pr에 의해 기술됩니다.

1921에 있는 Washburn는 이 3개의 매개변수 식으로 액체 단단하 수증기 시스템에 내부와 외력의 평형을 기술하는 방정식을 파생했습니다. 비 젖음 액체를 강제하것이라는 점을 것을 요구된 원형 단면의 모세관을 입력하기 위하여 압력이 모세관의 직경에 반비례하고 액체의 표면 장력 및 단단한 표면과의 접촉의 각에 정비례한다는 것을 간결하게 진술합니다. 이 물리적인 교장은 Ritter에 의해 무전망침입 기지를 두곤, 숨구멍 측정 계기 & 1945년에 드레이크로 통합되었습니다. 수성은 porosimetry 무전망침입을 위해 선택의 액체로 대부분의 고형물에 비 젖음이기 때문에 거의 독점적으로 이용됩니다.

데이터 정리가 기지를 두는, Washburn의 방정식은 숨구멍 또는 모세관이 원통 모양 이다고 및 개통 입니다 단면에서 원형 추정합니다. 진술되었다 것과 같이, 알짜힘은 숨구멍으로 수은의 입력을 저항해 경향이 있고 이 군대는 수은, 고체 및 (수은) 수증기의 접촉의 선에 따라서 적용됩니다. q가 액체 단단한 접촉 각인 곳에 접촉의 선에는 방향 cosq에 있는 2pr의 길이 및 모세관 작동에서 수은을 미는 힘의 성분 있습니다 (숫자 4)를 보십시오. 수은을 추방해 경향이 있는 힘의 크기 입니다

FE = 2 π r ϒ cos θ (2)

ϒ가 표면 장력인 곳에.

수은에 외부 압력은 숨구멍으로 그것의 입력을 강제할 것을 요구됩니다. 군대 (f)와 압력 (p) 사이 관계는 P = F/area 입니다. 군대를 해결은 줍니다

FI = π rP2 (3)

π r가2 숨구멍 개통의 단면적인 곳에.

Washburn 방정식에 있는 무전망침입과 밀어남 군대 결과를 균형을 잡기

-2 πr ϒ cos θ = πrP2 (3)

또는, 직경 D 식으로,

- πD ϒ cos θ = (π DP2) /4 (4)

수은이 입력하기 위하여 강제될 최소한도 규모 숨구멍과 적용되는 압력 사이 관계는 입니다

D = -4 ϒ cos θ/P (5)

주어진 액체 단단한 시스템을 위해, 분자는 수은이 난입할 숨구멍의 규모가 적용되는 압력에 반비례한다는 것을 표현하는 간단한 관계를 제공하는 불변의 것 입니다. 즉 외부 압력 P의 밑에 수은은 D 보다는 더 작은 숨구멍으로 입력을 저항할 수 있고, 그러나 D. 보다는 더 큰 규모의 숨구멍으로 입력을 저항할 수 없습니다. 따라서, 어떤 압력든지를 위해, 숨구멍 규모가 수은으로 침입된 규모에는 없 그것은 결의가 굳을 수 있습니다.

숫자 4. 모세관의 벽에 관련된 젖음과 비 젖음 액체의 모세관 작용. g는 계면 장력 (군대) 선그림의 방향을 표시합니다.

실험적인 데이터 집합

전형적인 수은 무전망침입 porosimetry 시험은 오염물질 가스와 수증기 (일반적으로 근해)를 제거하기 위하여 콘테이너를 철수하고, 아직도 철수해, 콘테이너를 채우는 것을 수은이 허용하는 콘테이너로 견본을 두는 관련시킵니다. 이것은 고체, 비 젖음 액체 (수은), 및 수은 증기로 이루어져 있는 환경을 만듭니다. 다음으로, 압력은 주위로 견본 부피에 있는 수은 입력 더 큰 개통의 양이 감시되는 동안 증가됩니다. 압력이 주위에 돌려보낼, 직경의 숨구멍은 아래로 대략 12 mm에 채워졌습니다. 견본 콘테이너는 시험의 나머지를 위한 압력 용기에서 그 때 둡니다. 대략 60,000 psia (414 MPa)의 최대 압력은 직경에 있는 대략 0.003 마이크로미터에 숨구멍으로 상업 계기와 이 압력을 위해 전형적 아래로 강제할 것입니다 수은을입니다. P에서 P에 압력에 있는 증가 때문에 견본으로 난입하는 수은의i 양은i+1 관련되는 규모 범위 r에서 r 의 Washburn의 방정식, Eq로 대용i 압력 가치i+1에 의해 결정되는 규모에 있는 숨구멍의 양과 동등합니다. 5.

견본으로 움직이는 수은의 양의 측정은 각종 방법으로 달성될 수 있습니다. 높은 감도를 견본 컵에 모세관을 붙이기 위한 것인 제공하는 일반적인 방법은 모세관을 실험 도중 수은을 위한 공기통인 허용합니다. 수은의 단지 작은 양은 작은 모세관에 있는 수은의 긴 ` 끈을' 생성할 것을 요구됩니다. 외부 압력이 변경할 때, 모세관에 있는 수은 란의 길이 변이는 견본 컵으로 또는에서 통과하는 양을 표시합니다. 예를 들면, 1개 mm 반경의 모세관은 수은의 단지 0.033 cm가 1개 mm 수은 란을 길이의 생성할 것을 요구합니다. 그러므로, 0.003 cm의 양 해결책은3 모세관 줄기에 식각된 가늠자에서 쉽게 시각적으로 장악될 수 있었습니다. 그러나, 모세관 내의 수은의 상승 그리고 가을 검출의 전자 방법은 훨씬 과민하, 더 중대한 양 감도 조차 microliter 보다는 보다 적게 아래로 제공하. 수은의 일련의 적용되는 압력 그리고 누적된 각 압력으로 난입된 양의 측정은 생 데이타 세트 구성하고 있습니다. 이 데이터의 작의는 무전망침입 곡선이라고 칭합니다. 압력이 감소될 때, 수은은 숨구멍을 떠나거나, 내밉니다. 이 프로세스는 또한 입니다 밀어남 곡선 감시되고 음모를 꾸미고. 숨구멍 및 그밖 물리적 현상의 모양에 따르면, 밀어남 곡선은 일반적으로 무전망침입 곡선과 동일을 음모를 꾸민 경로 따르지 않습니다. 그러므로, 무전망침입 곡선 및 밀어남 곡선은 숨구멍 통신망에 관하여 다른 정보를 포함합니다.

무전망침입과 밀어남 특성을 측정할 때 자료점을 언제 집합하기 위하여 중요한 고려사항입니다. 무전망침입 프로세스가 좁은 숨구멍 공간으로 수은의 질량을 관련시키기 때문에 프로세스는 하겐 포아즈이유의 법칙에 의해 궁행되는 것과 같이 즉석 이지 않습니다

Q = V/t = (4πr/8 η) (ΔP/l) (6)

Q = 액체, V 액체의 양, t 시간, r 모세관 반경, η 액체 점성 및 ΔP/l의 교류 모세관의 단위 길이 당 압력 강하 곳에.

그러나, 오래 꼬불꼬불한 숨구멍은 더 높은 Q 가치가 있는 숨구멍 시스템을 위한 상자이십시오와 더 작은 Q 가치에 있는 결과에 수로를 열고, 그러므로 동일 양을 채우는 추가 시간을 요구하. 높게 단호하고 고도로 정확한 데이터를 장악하기 위하여는, 무전망침입 프로세스는 압력을 바꾸고는과 다음 작은 크기 숨구멍 종류를 시험하기 전에 평형시키는 것을 허용되어야 합니다. 다른 쪽, 고해상도 정보 수집을, 특히 작은 숨구멍 규모 범위로 표현하고, 압력 단계를 요구합니다, i.e 교류가 정지할 때까지, 압력은 다음 압력에 올려지고, 그 후에 보전됩니다. 압력이 아주 큰 숨구멍 또는 목적을 가리기를 위해 계속해서 바뀌고, 잘 채택되는 스캐닝 최빈값.

측정 변형기

위 면담에서, 수은 세공 측정기 측정이 단지 수은의 압력 그리고로 난입된 양만 적용하거나 견본 부피에서 내밀었다 명확합니다. 압력 측정은 전기 신호를 일으키는 압력 변형기에 의해 센서에 가한 압력의 진폭에 비례적이다 장악됩니다 (현재 또는 전압). 이 아날로그 전기 신호는 감시 컴퓨터에 의해 가공을 위한 디지털 부호로 변환됩니다.

수은 양을 검출하는 변형기는 이전에 궁행되고 숫자 5.에서 보여주는 것과 같이 견본 홀더 집합으로 통합 입니다.

압력이 줄기 수용량의 견본의 숨구멍으로 약간 수은을 강제한 경도계의 숫자 5. 단면 및 대략 50%는 이용되었습니다.

견본 컵에는 수은 공기통 붙어 있던 모세관 줄기와 수은 양 변형기의 성분으로 둘 다 분석 도중 및 이 모세관 서브가 있습니다. 각 분석의 처음 이전에, 견본 컵 및 모세관은 수은으로 채워집니다. 채우기 후에, 견본 컵과 모세관 줄기, 경도계로 불리는 조합에 있는서만 수은을 넣어두는 수은의 주요 근원은 제거됩니다. 압력은 가스 (공기) 또는 액체 (기름)에 의해 모세관에 있는 수은에 가합니다. 압력은 모세관의 원단에서 견본 컵에 있는 견본을 포위하는 수은에 전달됩니다.

모세관 줄기는 유리 (전기 절연체)의 수은 (전기 지휘자)로, 채워집니다 구성되고, 모세관 줄기의 외부 표면은 금속 (전기 지휘자)로 도금됩니다. 동축 축전기가 절연체로 분리된 2개의 동심 전기 지휘자의 조합에 의하여 생성합니다. 용량의 가치는 지휘자의 지역, 절연체의 절연성 불변의 것, 및 그밖 물리적인 매개변수의 기능입니다. 이 특정한 축전기의 경우에, 유일한 가변은 압력이 감소될 때 또는 모세관으로 다시 움직이는 때 때문에 수은이 모세관을 떠나고기 견본 공허 및 숨구멍을 입력하기 실내 지휘자의 지역입니다. 이것은 수은이 1개의 끝에 큰 전구에서 측정한 모세관 들락날락 움직이면 어떤 경우에는 수은 온도계와 기계적으로 비슷합니다. 작은 모세관을 입력하거나 떠나는 수은의 작은 양은 수은 란의 길이 (및 지역이) 중요하게 변경하는 원인이 되어, 따라서 양 측정 감도 및 해결책을 제공하. 온도계의 경우에, 양에 있는 변경은 수은의 부피 측정 확장의 계수에 의하여 온도에 있는 변경에 비례적입니다.

줄기의 용량 가치는, 용량에 비례적인 전기 신호를 일으키는 압력 변형기 전자공학과 유사한 용량 검출기에 의해 감시됩니다. 용량 측정은 동축 축전기를 제어하는 정밀도 모세관 및 방정식의 직경의 지식에 의해 양 측정으로 변형됩니다.

근원: Micromeritics Instrument Corporation.

이 근원에 추가 정보를 위해 Micromeritics Instrument Corporation을 방문하십시오.

Date Added: Jul 13, 2010 | Updated: Sep 10, 2013

Last Update: 10. September 2013 12:20

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit