專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置。特別是針對(duì)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)耦 合下人工骨多孔支架滲透率的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
多孔材料由于其相對(duì)密度小、比表面積大、熱導(dǎo)率低及強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，被廣泛 應(yīng)用于航空航天、電子通訊、交通運(yùn)輸、原子能、醫(yī)學(xué)等諸多方面。滲透系數(shù)(亦稱(chēng)滲透率) 是衡量多孔材料物理特性?xún)?yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，滲透率測(cè)量?jī)x則是測(cè)定多孔材料滲透系數(shù) 的一種儀器。目前，滲透率測(cè)量主要集中應(yīng)用于煤巖、沙土、巖石領(lǐng)域，測(cè)量方法主要基于常 水頭和變水頭測(cè)量原理，依此原理發(fā)明的測(cè)量?jī)x器測(cè)量精度低，操作繁瑣，速度慢等缺點(diǎn)。 隨著多孔支架在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，評(píng)價(jià)生物多孔支架材料的滲透性能優(yōu)劣也愈 發(fā)重要。但是有關(guān)生物骨支架滲透率測(cè)量?jī)x器未有文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)于血清蛋白等營(yíng)養(yǎng)液在體 溫(37°C)下相對(duì)于多孔材料支架的滲透系數(shù)評(píng)定也愈發(fā)重要，它的測(cè)量直接關(guān)系生物多 孔支架材料在骨移植術(shù)后成活的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此，多孔支架材料滲透率測(cè)量?jī)x器的發(fā) 明在生物醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域具有重要意義。變水頭法測(cè)定多孔材料滲透系數(shù)的液體滲流必須滿(mǎn)足層流條件。該方法測(cè)定多孔 材料滲透系數(shù)的測(cè)定儀器仍需在以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)(1)秒表計(jì)時(shí)，由于人為讀數(shù)和操作很容易引入主觀觀測(cè)誤差，造成測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn) 確性有待提高；(2)由于沒(méi)有考慮溫度場(chǎng)對(duì)滲透系數(shù)的影響，故滲流液體的動(dòng)力粘度系數(shù)必然造 成測(cè)量不出不同溫度下的多孔材料的滲透系數(shù)，僅能從宏觀測(cè)量近似反映不同溫度滲流液 體的滲透系數(shù)；(3)由于主觀人為方法獲取滲透系數(shù)的測(cè)量變量，因此測(cè)量變量相對(duì)多，且滲透系 數(shù)操作和計(jì)算并不簡(jiǎn)便，測(cè)量變量可以減少，操作方法和儀器本身有待改進(jìn)。常水頭試驗(yàn)方法中水頭差容易測(cè)量但易波動(dòng)，且該測(cè)量?jī)x器也相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)對(duì) 外界環(huán)境變化敏感；其次，該方法操作復(fù)雜，需要很多輔助測(cè)量裝置協(xié)作完成，因此測(cè)量多 孔材料滲透率耗時(shí)，并且此方法同樣未考慮溫度因素對(duì)測(cè)量多孔材料滲透率的影響。發(fā)明專(zhuān)利912^407. 1公開(kāi)了一種滲透率梯度測(cè)試儀，其主要測(cè)試巖心縱向分段 滲透率參數(shù)，此方法需要從環(huán)壓輸入孔加入環(huán)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)密封，裝置過(guò)于龐大，操作不便，對(duì) 于生物骨支架滲透率測(cè)量更是不易操作。發(fā)明專(zhuān)利200420007652公開(kāi)了一種多功能道路 材料滲透測(cè)定儀，首先他利用水箱和測(cè)試容器的壓差來(lái)維持進(jìn)液，這樣就不能保證精確的 流量，其次利用天平測(cè)量滲流出的水的質(zhì)量，如此造成誤差傳遞，影響測(cè)量精度。發(fā)明專(zhuān)利 200510031317. 2公開(kāi)了滲透系數(shù)測(cè)定方法及測(cè)定儀，它主要用于土樣滲透性能的研究。這 些測(cè)量技術(shù)的測(cè)量范圍及檢測(cè)精度均難以適用。上述發(fā)明儀器均未考慮溫度變化對(duì)多孔材 料滲透率的影響。實(shí)際上溫度的變化直接導(dǎo)致多孔介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，這樣直接導(dǎo)致滲透率 測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)于多孔材料在溫度和應(yīng)力耦合條件下的低滲透率測(cè)量已引起該領(lǐng)域?qū)W者
3關(guān)注，然而用于溫度和壓力耦合條件下的滲透率測(cè)量?jī)x器未見(jiàn)發(fā)明。對(duì)于生物多孔支架在 溫度和壓力耦合條件下滲透率的測(cè)量就更未有報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有多孔材料滲透率測(cè)量在多場(chǎng)耦合場(chǎng)的條件下，未考慮 溫度場(chǎng)變化對(duì)滲透性能的影響的不足，提供一種新的多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置，主要包括蓋1、外 筒2、保溫材料3和內(nèi)筒4 ；保溫材料3填充在外筒2和內(nèi)筒4之間；蓋1、外筒2、保溫材料 3和內(nèi)筒4使得內(nèi)筒4內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒4內(nèi)壁為一臺(tái)階型壁面，待測(cè)多孔材料5位于 該臺(tái)階上，其外壁面和內(nèi)筒4內(nèi)壁緊密配合，同時(shí)，多孔材料5將內(nèi)筒4內(nèi)部的空腔分割為 右側(cè)的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個(gè)外壁與內(nèi)筒4內(nèi)壁吻合的套筒6，套 筒6用來(lái)壓緊多孔材料5，防止因液體壓力而使被測(cè)實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生移動(dòng)，造成實(shí)驗(yàn)誤差；密 封圈7放置在套筒6的左側(cè)，其左側(cè)由蓋1頂緊；一根依次貫穿外筒2、保溫材料3和內(nèi)筒4 的進(jìn)液軟管8將進(jìn)液空腔和外界連通，另一根依次貫穿套筒6、內(nèi)筒4、保溫材料3和外筒2 的排液軟管9將排液空腔和外界連通；所述進(jìn)液軟管8和排液軟管9之間裝有一個(gè)壓差傳 感器10 ；所述的排液軟管9上裝有一個(gè)微流量傳感器11 ；進(jìn)液空腔或排液空腔中裝有一個(gè) 溫度傳感器12，用于測(cè)定液體的溫度；溫度傳感器12也可以在進(jìn)液空腔和排液空腔中各裝 有一個(gè)。采用以上方案的有益效果本發(fā)明所用裝置可以將溶液從進(jìn)液軟管輸入，從出液 軟管流出，通過(guò)微流量傳感器可以直接測(cè)出流體累積流量，從而測(cè)出多孔材料滲透率。內(nèi)筒 和外筒之間加入的保溫材料，很好的起到了隔熱效果，可以在溫度測(cè)量時(shí)使誤差減小到最 小。蓋和套筒之間的密封圈，可以有效保證液體全部從出口流出，減少實(shí)驗(yàn)誤差。多孔材料 左端排液空腔安裝溫度傳感器，可以精確的計(jì)算熱量的流失，出口處安裝了微流量傳感器， 可以精確的測(cè)出液體滲流量，從而做到了綜合考慮耦合場(chǎng)下對(duì)多孔材料的滲透性能測(cè)量。

圖1 本發(fā)明提出的多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置示意圖圖中，1-蓋，2-外筒，3-保溫材料，4-內(nèi)筒，5-多孔材料，6_套筒，7_密封圈，8_進(jìn) 液軟管，9-排液軟管，10-壓差傳感器，11-微流量傳感器，12-排液空腔溫度傳感器
具體實(shí)施方式
參閱圖1，本實(shí)施例中的多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置用于松質(zhì)骨試樣的滲 透率測(cè)量，該裝置包括雙層真空聚乙烯蓋1、不銹鋼外筒2、聚氨酯保溫材料3、鈦合金方形 內(nèi)筒4和鈦合金方形套筒6 ；保溫材料3密封膠結(jié)于外筒2和內(nèi)筒4之間，減少熱量的耗散， 從而減少測(cè)量誤差；蓋1、外筒2、保溫材料3禾P內(nèi)筒4使得內(nèi)筒4內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒4 內(nèi)壁為一臺(tái)階型壁面，臺(tái)階上放置邊長(zhǎng)d= 15mm，高度δ = IOmm立方體碳化硅多孔陶瓷材 料5，其外壁面和內(nèi)筒4內(nèi)壁緊密配合，同時(shí)，多孔材料5將內(nèi)筒4內(nèi)部的空腔分割為右側(cè) 的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個(gè)外壁與內(nèi)筒4內(nèi)壁吻合的套筒6，套筒6 用來(lái)壓緊多孔材料5，防止因液體壓力而使被測(cè)實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生移動(dòng)，造成實(shí)驗(yàn)誤差；密封圈7放置在套筒6的左側(cè)，其左側(cè)由蓋1頂緊；一根依次貫穿外筒2、保溫材料3和內(nèi)筒4的進(jìn) 液軟管8將進(jìn)液空腔和外界連通，外連微流量輸液泵，PVC進(jìn)液軟管8外徑為5mm，它與外筒 2、保溫材料3和內(nèi)筒4的小孔內(nèi)閉密封；另一根依次貫穿套筒6、內(nèi)筒4、保溫材料3和外筒 2的排液軟管9將排液空腔和外界連通；PVC排液軟管9外徑也為5mm，亦與所穿過(guò)小孔的內(nèi) 壁密封；排液軟管9上裝有一個(gè)微流量傳感器11，本例中使用的是HILGER KERN微流量傳感 器；進(jìn)液空腔和排液空腔裝有壓差傳感器10，本例中使用的是西門(mén)子QBE2002壓差傳感器， 用于測(cè)定進(jìn)液空腔和排液空腔的壓力差。排液空腔中裝有一個(gè)溫度傳感器12，本例中使用 的是西門(mén)子SITRANS TF2溫度傳感器。
權(quán)利要求1.一種多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置，其特征在于主要包括蓋(1)、外筒O)、保 溫材料⑶和內(nèi)筒⑷；保溫材料⑶填充在外筒⑵和內(nèi)筒⑷之間；蓋⑴、外筒O)、 保溫材料(3)和內(nèi)筒(4)使得內(nèi)筒內(nèi)部形成一空腔；內(nèi)筒內(nèi)壁為一臺(tái)階型壁面，待 測(cè)多孔材料( 位于該臺(tái)階上，其外壁面和內(nèi)筒內(nèi)壁緊密配合，同時(shí)，多孔材料(5)將 內(nèi)筒內(nèi)部的空腔分割為右側(cè)的進(jìn)液空腔和左側(cè)的排液空腔；排液空腔內(nèi)有一個(gè)外壁與 內(nèi)筒⑷內(nèi)壁吻合的套筒(6)，套筒(6)用來(lái)壓緊多孔材料(5)；密封圈(7)放置在套筒(6) 的左側(cè)，其左側(cè)由蓋(1)頂緊；一根依次貫穿外筒( 、保溫材料C3)和內(nèi)筒(4)的進(jìn)液軟管 (8)將進(jìn)液空腔和外界連通，另一根依次貫穿套筒(6)、內(nèi)筒0)、保溫材料(3)和外筒(2) 的排液軟管(9)將排液空腔和外界連通；所述進(jìn)液軟管(8)和排液軟管(9)之間裝有一個(gè) 壓差傳感器(10)；所述的排液軟管(9)上裝有一個(gè)微流量傳感器(11)；進(jìn)液空腔或排液空 腔中裝有一個(gè)溫度傳感器(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置，其特征在于所述的溫度 傳感器(12)在進(jìn)液空腔和排液空腔中各裝有一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置，其特征在于所述保溫材 料⑶為聚氨酯。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多孔材料多場(chǎng)耦合滲透率測(cè)量裝置，特別是針對(duì)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)耦合下人工骨多孔支架滲透率的測(cè)量裝置。該裝置可以將溶液從進(jìn)液軟管輸入，從出液軟管流出，通過(guò)微流量傳感器可以直接測(cè)出流體累積流量，通過(guò)壓差傳感器測(cè)出進(jìn)液空腔壓力與排液空腔壓力之差，再結(jié)合流體粘度、多孔材料長(zhǎng)度和截面積，可以進(jìn)行多孔材料滲透率的測(cè)量。本實(shí)用新型的技術(shù)方案考慮了溫度場(chǎng)變化對(duì)滲透性能的影響，實(shí)現(xiàn)了耦合場(chǎng)下對(duì)多孔材料的滲透性能測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N7/10GK201897562SQ20102052294
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者李山, 楊明明, 汪焰恩, 王海強(qiáng), 魏生民 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)