专利名称：一种测量材料吸附量的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程材料的特性试验技术领域，特别涉及一种测量工程材料的吸附能力(吸附量)的方法，同时还涉及一种测量材料吸附量的装置。该方法及装置可广泛用于同时对多个工程材料试样进行单组份气体或多组份混合气体吸附能力(吸附量)的测量。
背景技术：
很多材料(如活性炭、煤等)由于包含大量孔隙，其表面积很大，因而具有对气体的吸附能力，不同的材料对相同气体的吸附量不同，相同材料对不同气体的吸附量也存在着差异，准确测量材料对不同气体的吸附能力对认识材料的性质有重要意义。
对于具有吸附性的材料，其吸附性有很多用处，比如活性炭，可以利用它的吸附性来净化气体；还有很多材料，利用它们的吸附性能可以开发出新型功能材料。
对于煤来说，研究它对气体的吸附性更具有很重要的意义，众所周知，煤层中含有的大量甲烷(瓦斯)主要就是以吸附状态存在煤中的，因此，准确测量煤对甲烷的吸附量可以知道煤层中瓦斯的含量，进而评价煤层气含量，加以开发和利用，同时也可以防治煤矿瓦斯爆炸的突出问题；同时，往煤层中注入其它气体还可以提高煤层瓦斯的采收率(气体驱替煤层气)，其原理主要就是应用煤对不同气体的吸附能力的差异，因此研究煤对不同气体的吸附能力，对认清气体驱替煤层气的机理也是很重要的。
CN200810197812中公开了一种材料吸附量-变形-渗透系数的测量方法及装置， 其方法是将材料加工成圆柱形试样；将圆柱形试样及多孔垫片用密封材料包裹，安放在压力室内；对系统抽真空；给计量泵充气，记下计量泵内气体的体积和压力值；给压力室内液压油加压；打开计量泵，给试样注气；记录计量泵内气体体积的变化速率；待计量泵内气体体积的变化速率恒定时，记下此速率以及此时计量泵内气体的体积、差压计和变形传感器读数；计算吸附量、变形和渗透系数。该装置包括气源子系统、气体注入与控制子系统、加载子系统、数据采集子系统和恒温水槽。本发明可以同时测量材料的吸附量、变形和渗透系数，使原来需要几次的试验一次、同时完成，节省了试验时间和成本。
在实现本发明的过程中，发明人发现CN200810197812至少存在以下缺点，在测量材料吸附量时一次仅能对一种吸附材料进行气体吸附量的测量，在装置连接中使用了两个计量泵和一个差压计进行系统测量，其通过测量所测气体吸附前的体积、吸附后气体的体积及系统死容积，通过三个气体体积的差值得出气体吸附量的，同时若测定一种吸附材料的吸附能力需要测量多次才能得出比较准确的数据，这样需要较长的测量周期，另外，上述专利还不能满足所测材料对混合气体进行吸附量的测量。发明内容
为了实现对所测吸附材料吸附能力的快速准确测量，使测量工艺简化，本发明的目的是解决同时实现多个测量试样材料对单组份气体的吸附量测量问题，减少操作耗时；
本发明的另外一个目的是解决对多组份混合气体进行吸附量的测量问题。
本发明实施例提供了一种测量材料吸附量的方法及装置，所述技术方案如下
一方面，提供了一种测量材料吸附量的方法，将所测材料加工成圆柱形试样，并将其用密封材料包裹后放置于注气测量单元内，所述注气测量单元内设有气体容器和同其管路连接的压力室，所述压力室内注满液压油，其测量方法如下
步骤一将注气测量单元及其上游计量装置抽真空；
步骤二 在恒压下向抽真空后的气体容器中注入气体，通过注入气体容器前后计量装置的容积得出所述气体容器的死容积；
步骤三关闭气体容器输入阀门，开启其输出阀门并向加压后的压力室中注气，通过注入压力室前后上游计量装置的容积得出压力室的死容积；
步骤四对密闭系统抽真空，并在恒压下向抽真空后的气体容器中注入所测吸附量的气体，并记录气压稳定后气体容器中的气体压力；
步骤五关闭气体容器输入阀门，开启其气体输出阀门并向压力室中注气，待吸附平衡后记录气体容积内的气体压力；
步骤六根据气体状态方程，即可得出所测试样对所测气体的吸附量。
所述步骤五中还包括对所测混合气体进行气体组份含量分析，并记录各组份气体吸附后的含量。
所述步骤二和步骤三中的所注入的气体为氦气。
所述注气测量单元为多组，各组所述注气测量单元并联连接后同气源连接。
步骤二和步骤三中的各组注气测量单元中的气体容器和压力室的死容积依次进行单独测量；
步骤四和步骤五中的气体压力为各组注气测量单元同时进行注气时所测得的各组注气测量单元的气体压力。
另一方面，提供了一种测量材料吸附量的装置，所述装置包括
气源子系统，用于向测量装置中提供测量气源；
气体注入与控制子系统，包括上游计量装置，所述上游计量装置的气体输入端通过连接管路同所述气源子系统的气体输出端连接；
加载子系统，用于所测材料试样的安置，包括压力室，所述气体注入与控制子系统的气体输出端通过连接管路同所述压力室的气体输入端连接；
数据采集子系统，用于测量所述气体注入与控制子系统中的气体压力；
所述加载子系统中设有并联设置的至少一个用于所测试样安置的压力室，所述气体注入与控制子系统内设有同所述压力室数量相同的并联设置的气体容器，所述气体容器的气体输入端同所述气体注入与控制子系统中的上游计量装置的气体输出端连接，所述压力室两端的气体输入端分别通过连接管路同所述气体容器的气体输出端连接。
所述的气源子系统包括用于注入气体的气瓶和同所述气瓶的气体输出端相连接的减压阀，所述减压阀的气体输出端同所述气体注入与控制子系统中的上游计量装置相连接。
所述的气体注入与控制子系统包括连接主管、上游计量装置、压力传感器、抽真空装置、过滤器、阀门、气体容器、连接支管及用于向所述压力室内打入液压油的手动泵；
所述的过滤器的输入端通过连接主管与所述减压阀连接，其输出端同所述上游计量装置的进气阀门连接，用于向上游计量装置充气；
上游计量装置气体输出端设有出气阀门，用于控制上游计量装置注气；上游计量装置的出气阀门通过连接支管分别同带有进气阀门的抽真空装置和并联设置的气体容器的气体输出端相连接；并联设置的所述气体容器的气体输入端分别通过进气阀门同所述连接主管相连接，其气体输出端通过带有出气阀门的连接支管同并联设置的压力室的两端一一对应连通，所述气体容器和压力室之间的连接支管上设有压力传感器。
所述的压力室为岩芯夹持器，其内部设有试样、液压油和多孔垫片，所述多孔垫片设置于所述试样的两端，所述岩芯夹持器的两端通过连接支管同所述多孔垫片相连通。
所述的数据采集子系统包括同所述压力传感器连接的电缆、用于采集所述压力传感器压力信号的采集卡和USB数据线，采集卡通过USB数据线与计算机连接。
所述装置内还设有气体成分分析子系统，所述气体成分分析子系统包括气相色谱仪、同气相色谱仪连接的取样器和同所述取样器连通的取样口 ；
所述气体注入与控制子系统还包括下游计量装置，所述下游计量装置的气体输出端同所述取样口连接，其气体输入端设有进气阀门和过滤器，所述过滤器同一组所述压力室通过带有阀门的连接支管连接。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是
本发明在对单组份气体的吸附量进行测量时只需要一个计量装置进行气体容积的计量，方便操作；
本发明设置多个注气测量单元，每个注气测量单元内可以设置一个试样，可以根据具体情况确定使用注气测量单元的数量，这样，在测量前可以一次放置于注气测量单元中多个不同的或相同的测量材料的试样，在对整个系统进行一次抽真空后直接针对所测注气测量单元中的试样进行依次测量，并分别得到各个注气测量单元中的气体容器和压力室的死容积，及气体吸附前后的气体压力值，然后通过气体状态方程进行简单的计算即可得出各个试样的吸附量，测量一次可以实现多个试样吸附量的测量，方便、快捷。
另外，本发明还可以对混合组份的气体进行吸附量的测量，结合气体成分分析子系统分析吸附后的气体成分含量，依据气体状态方程得出所测试样对混合组份气体的吸附量。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的测量材料吸附量的流程图中
1-气源子系统
1. 1——气瓶、1. 2——减压阀；
2——气体注入与控制子系统
2. 1——连接主管2. 2a——上游计量泵2. 2b——下游计量泵；
2. 3a、2. 3b、2. 3c、2. 3d-压力传感器；
2. 4——手动泵2. 5——真空泵2. 6——真空表；
2. 7a、2. 7b——过滤器；
2. 8a、2. 8b、2. 8c、2. 8d、2. 8e、2. 8f、2. 8g、2. 8h、2. 8i、2. 8j、2. 8k、2. 81、2. 8m、 2. 8n、2. 8o-阀门；
2. 9a、2. 9b、2. 9c-气体容器；
2. 10a,2. 10b,2. 10c,2. 10d、2. 10e、2. 10f、2. 10g、2. 10h、2. 10i、2. 10j、2. 10k、 2. 101——三通；
2. 11a,2. lib-四通；
3-加载子系统
3. la,3. lb,3. Ic-岩芯夹持器；
3. 2a、3. 2b、3. 2c-试样；
3. 3a、3. 3b、3. 3c-液压油；
3. 4a,3. 4b,3. 4c,3. 4d、3. 4e、3. 4f-多孔垫片；
4-数据采集子系统
4. la,4. lb,4. lc,4. Id-电缆
4. 2——采集卡，4. 3——USB数据线4. 4——计算机；
5-气体成分分析子系统
5. 1——取样口、5. 2——取样器5. 3——气相色谱仪；
6-恒温水槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1所示为本发明的一个实施例装置流程图，图中设置三个并联连接注气测量单元，每个注气测量单元中包含一个气体容器和一个压力室，也可根据具体情况设置注气测量单元的数量，测量装置主要包括气源子系统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、气体成分分析子系统5和恒温水槽6，气源子系统1通过不锈钢连接主管2. 1与气体注入与控制子系统2内的过滤器2. 7连接，为系统提供气源；气体注入与控制子系统2通过不连接主管2. 1与加载子系统3内的多孔垫片3. 4连接，为试样注气；气体注入与控制子系统2通过连接主管2. 1与气体成分子系统5中的取样口 5. 1连接；气体注入与控制子系统2中的管路、各个气体容器及压力室均放在恒温水槽6中保持恒温；气体注入与控制子系统2中的压力传感器2. 3分别通过电缆4. la、4. lb,4. lc、4. Id与数据采集子系统4内的采集卡4. 2连接。
其中，气源子系统1包括气瓶1. 1、减压阀1. 2 ；
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. 3a、2. 3b,2. 3c,2. 3d共4个、手动泵2. 4、由真空泵2. 5和真空表2. 6组成的抽真空装置、过滤器2. 7a,2. 7b共2个、阀门 2. 8a,2. 8b,2. 8c,2. 8d、2. 8e、2. 8f、2. 8g、2. 8h、 2. 8i、2. 8j、2. 8k,2. 81,2. 8m,2. 8n、2. 8o 共 15 个、气体容器 2. 9a,2. 9b,2. 9c 共 3 个、三通2. 10a,2. 10b,2. 10c,2. 10d,2. IOe,2. IOf,2. IOg,2. IOh,2. IOi,2. IOj,2. 10k,2. 101 共 12 个和四通.11a,2. Ilb共2个。
加载子系统3包括压力室，其中压力室采用岩芯夹持器3. la、3. lb,3. Ic共3个， 每个岩芯夹持器中分别设有一个试样3. 2a、3. 2b,3. 2c、液压油3. 3a、3. 3b,3. 3c和多孔垫片 3. 4a、3. 4b、3. 4c、3. 4d、3. 4e、3. 4f。
数据采集子系统4包括电缆4. la、4. lb,4. lc、4. Id共4根、采集卡4. 1，USB数据线、计算机4. 4;
气体成分分析子系统5包括取样口 5. 1、取样器5. 2、气相色谱仪5. 3。
各部件具体结构连接关系如下
气源子系统1 气瓶1. 1与减压阀1.2连接，用于调节从气瓶1. 1出来的气体压力。
气体注入与控制子系统2，其连接关系是过滤器2. 7a通过不锈钢连接主管2. 1 与气源子系统1中的减压阀1. 2连接；过滤器2. 7a另一端与上游计量泵2. 2a的进气阀门 2. 8a连接，用于向计量泵2. 2a充气；上游计量泵2. 2a和下游计量泵2. 2b分别有出气阀门2. 8b和2. 8η，用于控制计量泵2. 2注气；上游计量泵2.加出气阀门2. 8b与一个三通 2. IOa连接；三通2. IOa 一端连接一个阀门2. 8c，用于连接真空泵2. 5，另一端和一个四通连接2. Ila ；四通2. Ila 一端连接一个三通2. IOc,另两端分别各与一个气体容器2. 9a和 2. 9c相连；压力容器2. 9a,2. 9b,2. 9c各与一个三通2. 10d、2. 10f、2. IOg相连，三通2. IOcU 2. IOf、2. IOg —端分别与压力传感器2. 3a、2. 3b,2. 3c连接，另一端分别与阀门2. 8h、2. 8i、 2. 8j 相连；阀门 2. 8h、2. 8i、2. 8j 分别与三通 2. 10h、2. 10i、2. IOj 连接，三通 2. 10h、2. 10i、2.IOj两端分别与加载子系统3的上下游出口连接；下游计量泵2. 2b进气阀门2. 8m与过滤器2. 7b相连，进而通过阀门2. Si与加载子系统3连接；下游计量泵2. 2b出气阀门2. Sn 与气体成分分析子系统5相连。
加载子系统3 试样3. 2两端分别与多孔垫片3. 4接触，用于给试样3. 2均勻注气； 多孔垫片3. 4分别通过不锈钢连接主管2. 1与气体注入与控制子系统2中的上下游管路连接。
数据采集子系统4 采集卡4. 2通过USB数据线4. 3与计算机4. 4连接。
气体成分分析子系统5 用于分析气体成分。
本发明提供了测量材料吸附量的方法，针对单组份气体的吸附量的测量，结合图1 具体说明其测量的过程步骤
1、将材料加工成圆柱形试样3. 2a、3. 2b,3. 2c ；
2、将圆柱形试样3.加及多孔垫片3. 4a、3. 4b用密封材料包裹，安放在岩芯夹持器3.Ia内，连接好岩芯夹持器3. Ia内与圆柱形试样3. 2a两端多孔垫片3. 4a、3. 4b相连接的注气管路，向岩芯夹持器3. Ia内注满液压油3. 3a ；将圆柱形试样3. 2b及多孔垫片3. 4c、 3. 4d用密封材料包裹，安放在岩芯夹持器3. Ib内，连接好岩芯夹持器3. Ib内与圆柱形试样 3. 2b两端多孔垫片3. 4c,3. 4d相连接的注气管路，向岩芯夹持器3. Ib内注满液压油3. 3b ； 将圆柱形试样3. 2c及多孔垫片3. 4e,3. 4f用密封材料包裹，安放在岩芯夹持器3. Ic内，连接好岩芯夹持器3. Ic内与圆柱形试样3. 2c两端多孔垫片3. 4e,3. 4f相连接的注气管路， 向岩芯夹持器3. Ic内注满液压油3. 3c ；
3、将上游计量泵2. 2a内气体排出，上游计量泵2.加活塞推至最顶端，将减压阀1.2调至关闭位置，打开管路中所有阀门2. 8，关闭阀门2. 81,2. 8m,2. 8n、2. 8ο，启动真空泵2.5，系统抽真空；
4、关闭和真空泵2. 5连接的阀门2. 8c，关闭真空泵2. 5，关闭上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，打开减压阀1. 2，向上游计量泵2. 2a充入氦气(He)，关闭上游计量泵2. 2a 的进气阀门2. 8a，将上游计量泵2.加设置为恒压模式，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积和压力值；
5、给岩芯夹持器3. Ia内液压油3. 3a加压；给岩芯夹持器3. Ib内液压油3. 3b加压；给岩芯夹持器3. Ic内液压油3. 3c加压；
6、关闭阀门2. 8f、2. 8g、2. 8h、2. 8i、2. 8j，打开上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，向气体容器2. 9a注气；
7、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
8、第4步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第7步中上游计量泵2. 2a内气体的体积的差值为气体容器2. 9a系统的死容积Vl ；
9、打开阀门2. 8h，向岩芯夹持器3. Ia注气；
10、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
11、第7步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第10步中上游计量泵2. 2a内气体的体积的差值为岩芯夹持器3. Ia系统的死容积V2 ；
12、关闭阀门2. 8d，打开阀门2. 8f，向气体容器2. 9b注气；
13、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
14、第10步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第13步中上游计量泵2. 2a内气体的体积的差值为气体容器2. 9b系统的死容积V3 ；
15、打开阀门2. 8i，向岩芯夹持器3. Ib注气；
16、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
17、第13步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第16步中上游计量泵2. 2a内气体的体积的差值为岩芯夹持器3. Ib系统的死容积V4 ；
18、关闭阀门2.8f，打开阀门2. 8g，向气体容器2. 9c注气；
19、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
20、第16步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第19步中上游计量泵2.加内气体的体积的差值为气体容器2. 9c系统的死容积V5 ；
21、打开阀门2. 8j，向岩芯夹持器3. Ic注气；
22、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
23、第19步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第22步中上游计量泵2.加内气体的体积的差值为岩芯夹持器3. Ic系统的死容积V6 ；
24、重复上述步骤3，给系统抽真空；
25、关闭和真空泵2. 5连接的阀门2. 8c，关闭真空泵2. 5，关闭上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，打开减压阀1. 2，向上游计量泵2. 2a充入需要测量吸附量的气体(如甲烷 CH4或者氮气N2或者二氧化碳C02等)，关闭上游计量泵2. 2a的进气阀门2. 8a，将上游计量泵2. 2a设置为恒压模式，记下上游计量泵2. 2a内气体的压力值；
26、打开上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，打开阀门2. 8d、2. 8f、2. 8g，向气体容CN 102539278 A说明书7/8页器 2. 9a,2. 9b,2. 9c 充气；
27、待气体压力稳定后，分别记下此时气体容器2. 9a、2. 9b,2. 9c内气体压力；
28、关闭上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，关闭阀门2. 8d、2. 8e、2. 8g，打开阀门 2. 8h、2. 8i、2. 8j ；
29、待气体压力稳定后，分别记下此时气体容器2. 9a、2. 9b,2. 9c内气体压力；
30、根据第27步及第四步中各气体容器2. 9a、2. 9b,2. 9c内气体的压力，以及气体容器2. 9a、2. 9b,2. 9c的死容积VI、V3、V5及岩芯夹持器3. la、3. lb,3. Ic的死容积V2、 V4、V6，利用气体状态方程，即可计算各试样3. 2a、3. 2b,3. 2c的吸附量。
假设煤样质量为m，标准大气压为1 ，气体容器的死容积为VI，岩芯夹持器的死容积为V2，气体容器和岩芯夹持器之间的阀门打开之前气体容器内气体压力的P1，吸附平衡时的压力为P2，根据气体状态方程，则在P2平衡压力时的吸附量A为
A= [PlVl-P2(Vl+V2)]/mPao
测量材料对混合气体的吸附量包括以下步骤
1、将材料加工成圆柱形试样3. 2b ；
2、将圆柱形试样3. 2b及多孔垫片3. 4c,3. 4d用密封材料包裹，安放在岩芯夹持器 3. Ib内，连接好岩芯夹持器3. Ib内与圆柱形试样3. 2b两端多孔垫片3. 4c,3. 4d相连接的注气管路，向岩芯夹持器3. Ib内注满液压油3. 3b ；
3、将上游计量泵2. 2a内气体排出，上游计量泵2.加活塞推至最顶端，将减压阀阀 1. 2调至关闭位置，打开管路中的阀门2. 8a、2. 8b,2. 8c,2. 8e、2. 8i、2. 81,2. 8m，启动真空泵2. 5，系统抽真空；
4、关闭和真空泵2. 5连接的阀门2. 8c，关闭真空泵2. 5，关闭上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，打开减压阀1. 2，向上游计量泵2. 2a充入氦气(He)，关闭上游计量泵2. 2a 的进气阀门2. 8a，将上游计量泵2.加设置为恒压模式，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积和压力值；
5、给岩芯夹持器3. Ib内液压油3. 3b加压；
6、打开上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，向系统注气；
7、待上游计量泵2. 2a内气体压力稳定后，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积；
8、第4步中上游计量泵2. 2a内气体的体积与第7步中上游计量泵2. 2a内气体的体积的差值为系统的死容积Vl ；
9、重复上述步骤3，给系统抽真空；
10、关闭和真空泵2. 5连接的阀门2. 8c，关闭真空泵2. 5，关闭上游计量泵2.加的出气阀门2. 8b，打开减压阀1. 2，向上游计量泵2. 2a充入需要测量吸附量的气体(如甲烷 CH4或者氮气N2或者二氧化碳C02等)，关闭上游计量泵2. 2a的进气阀门2. 8a，将上游计量泵2. 2a设置为恒压模式，记下上游计量泵2. 2a内气体的体积和压力值；
11、将下游计量泵设定为恒压模式，压力比上游计量泵压力值略小lOOltfa左右；
12、打开上游计量泵2. 2a的出气阀门2. 8b，打开下游计量泵的进气阀门2. 8m,向系统注气；
13、记录上、下游计量泵2. 2a、2. 2b内气体体积的变化速率，分析下游计量泵2. 2b 内气体成分；
14、待上游计量泵2.加注气速率与下游计量泵2. 2b抽气速率相等且恒定时，记下此时上、下游计量泵2. 2a、2. 2b内气体的体积，分析此时下游计量泵2. 2b内气体成分；
15、根据第10步及第14步中上、下游计量泵2. 2a、2. 2b内气体的体积、下游计量泵2. 2b内气体成分、系统的死容积VI，即可计算试样3. 2b的吸附量。
配置一定配比的混合气体进行多组分吸附试验，其中气体a的含量为xl，气体b的含量为x2，假设煤样质量为m，标准大气压为1 ，气体容器的死容积为VI，岩芯夹持器的死容积为V2，气体容器和岩芯夹持器之间的阀门打开之前气体容器内气体压力的P1，其中气体a的含量为xl，气体b的含量为x2，吸附平衡时的压力为P2，其中气体1的含量为yl，气体2的含量为y2，其中的yl和y2为试验中通过气体分析仪分析得到的，根据气体状态方程，则在P2平衡压力时的气体a和气体b的吸附量Al和A2分别为
Al= [xlPlVl-ylP2(V1+V2)]/mPa
A2 = [x2PlVl-y2P2(V1+V2)]/mPa
需要说明的是上述实施例仅以提供的三组并列设置的注气测量单元进行测量说明，实际应用中，可以根据需要对注气测量单元的数量进行设置。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种测量材料吸附量的方法，将所测材料加工成圆柱形试样，并将其用密封材料包裹后放置于注气测量单元内，其特征在于所述注气测量单元内设有气体容器和同其管路连接的压力室，所述压力室内注满液压油，其测量方法如下步骤一将注气测量单元及其上游计量装置抽真空；步骤二 在恒压下向抽真空后的气体容器中注入气体，通过注入气体容器前后计量装置的容积得出所述气体容器的死容积；步骤三关闭气体容器输入阀门，开启其输出阀门并向加压后的压力室中注气，通过注入压力室前后上游计量装置的容积得出压力室的死容积；步骤四对密闭系统抽真空，并在恒压下向抽真空后的气体容器中注入所测吸附量的气体，并记录气压稳定后气体容器中的气体压力；步骤五关闭气体容器输入阀门，开启其气体输出阀门并向压力室中注气，待吸附平衡后记录气体容积内的气体压力；步骤六根据气体状态方程，即可得出所测试样对所测气体的吸附量。
2.根据权利要求1所述的测量材料吸附量的方法，其特征在于所述步骤五中还包括对所测混合气体进行气体组份含量分析，并记录各组份气体吸附后的含量。
3.根据权利要求1或2所述的测量材料吸附量的方法，其特征在于 所述步骤二和步骤三中的所注入的气体为氦气。
4.根据权利要求1所述的测量材料吸附量的方法，其特征在于所述注气测量单元为多组，各组所述注气测量单元并联连接后同气源连接。
5.根据权利要求4所述的测量材料吸附量的方法，其特征在于步骤二和步骤三中的各组注气测量单元中的气体容器和压力室的死容积依次进行单独测量；步骤四和步骤五中的气体压力为各组注气测量单元同时进行注气时所测得的各组注气测量单元的气体压力。
6.一种测量材料吸附量的装置，包括气源子系统(1)，用于向测量装置中提供测量气源；气体注入与控制子系统O)，包括上游计量装置(2.加)，所述上游计量装置(2. 2a)的气体输入端通过连接管路同所述气源子系统的气体输出端连接；加载子系统(3)，用于所测材料试样的安置，包括压力室，所述气体注入与控制子系统的气体输出端通过连接管路同所述压力室的气体输入端连接；数据采集子系统G)，用于测量所述气体注入与控制子系统中的气体压力； 其特征在于所述加载子系统中设有并联设置的至少一个用于所测试样安置的压力室，所述气体注入与控制子系统内设有同所述压力室数量相同的并联设置的气体容器，所述气体容器的气体输入端同所述气体注入与控制子系统中的上游计量装置的气体输出端连接，所述压力室两端的气体输入端分别通过连接管路同所述气体容器的气体输出端连接。
7.根据权利要求6所述的测量材料吸附量的装置，其特征在于所述的气源子系统包括用于注入气体的气瓶(1.1)和同所述气瓶(1.1)的气体输出端相连接的减压阀(1.2)，所述减压阀的气体输出端同所述气体注入与控制子系统中的上游计量装置相连接。
8.根据权利要求6所述的测量材料吸附量的装置，其特征在于所述的气体注入与控制子系统( 包括连接主管(2. 1)、上游计量装置(2. 2a)、压力传感器O. 3)、抽真空装置、过滤器O. 7)、阀门O. 8)、气体容器O. 9)、连接支管及用于向所述压力室内打入液压油的手动泵(2.4)；所述的过滤器(2. 7a)的输入端通过连接主管(2. 1)与所述减压阀(1. 2)连接，其输出端同所述上游计量装置0.2a)的进气阀门连接，用于向上游计量装置0.2a)充气；上游计量装置(2. 2a)气体输出端设有出气阀门，用于控制上游计量装置(2. 2a)注气； 上游计量装置0.2a)的出气阀门通过连接支管分别同带有进气阀门的抽真空装置和并联设置的气体容器的气体输出端相连接；并联设置的所述气体容器的气体输入端分别通过进气阀门同所述连接主管(2. 1)相连接，其气体输出端通过带有出气阀门的连接支管同并联设置的压力室的两端一一对应连通，所述气体容器和压力室之间的连接支管上设有压力传感器(2. 3)。
9.根据权利要求8所述的测量材料吸附量的装置，其特征在于所述的压力室为岩芯夹持器(3. 1)，其内部设有试样(3.幻、液压油(3. 3)和多孔垫片 (3. 4)，所述多孔垫片设置于所述试样(3. 2)的两端，所述岩芯夹持器(3. 1)的两端通过连接支管同所述多孔垫片相连通。
10.根据权利要求8所述的测量材料吸附量的装置，其特征在于所述的数据采集子系统(4)包括同所述压力传感器连接的电缆(4. 1)、用于采集所述压力传感器压力信号的采集卡(4. 2)和USB数据线(4. 3)，采集卡(4. 2)通过USB数据线 (4. 3)与计算机(4.4)连接。
11.根据权利要求7-10任一权利要求所述的测量材料吸附量的装置，其特征在于所述装置内还设有气体成分分析子系统，所述气体成分分析子系统包括气相色谱仪(5. 3)、同气相色谱仪连接的取样器(5. 和同所述取样器连通的取样口(5. 1)；所述气体注入与控制子系统( 还包括下游计量装置(2. 2b)，所述下游计量装置 (2. 2b)的气体输出端同所述取样口连接，其气体输入端设有进气阀门和过滤器(2. 7b)，所述过滤器0.7b)同一组所述压力室通过带有阀门的连接支管连接。
全文摘要
本发明公开了一种测量材料吸附量的方法及装置，将所测材料加工成圆柱形试样，并将其用密封材料包裹后放置于注气测量单元内，所述注气测量单元内设有气体容器和同其管路连接的压力室，所述压力室内注满液压油，其中的注气测量单元可以并联设置多个，其测量方法是通过测得各个注气测量单元中的气体容器和压力室的死容积，及气体吸附前后的气体压力值，然后通过气体状态方程进行简单的计算即可得出各个试样对单组份气体的吸附量，若对多组份的混合气体进行吸收量的测量，需要对测定吸附平衡后的混合气体的各组份含量，依据气体状态方程得出，本发明一次可以实现多个试样吸附量的测量，同时还能够对多组份混合气体进行吸附量的测量，方便、快捷。
文档编号G01N15/08GK102539278SQ201010586189
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者付旭, 侯淞译, 吴仕贵, 张冬玲, 惠卉, 方志明, 朱鸿翔, 李小春, 胡海翔, 郭广山 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 中国科学院武汉岩土力学研究所, 中石油煤层气有限责任公司, 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司