Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Przykład realizacji układu chłodzenia adiabatycznego skraplaczy urządzeń chłodniczych. System chłodzenia adiabatycznego - SCA

Sosnowski Radosław

Rynek Instalacyjny

|

2020

|

Nr 1-2

30--34

PL

W artykule opisano pracę innowacyjnego systemu chłodzenia adiabatycznego zastosowanego w zakładzie przemysłowym produkującym żywność. Efektem pracy SCA były zyski energetyczne, są one jednak jedynie efektem ubocznym. Głównym celem było zapewnienie bezawaryjnej pracy agregatu wody lodowej chłodzonego powietrzem, gdyż w okresach wysokich temperatur powietrza zewnętrznego przechodził on w stan awaryjny i nie zapewniał oczekiwanego chłodzenia.

EN

The article describes the work of the innovative adiabatic cooling system used in the food manufacturing plant. The SCA operation resulted in energy gains. But they are only a side effect, because the main goal was to ensure trouble-free operation of the air-cooled chiller. It was due to periods of high outside air temperatures, when chiller got failure and did not provide expected cooling effect.

2

Wpływ wysokich ciśnień na bioprzyswajalność antyoksydantów owoców i warzyw – składniki hydrofilowe

Trych Urszula, Skąpska Sylwia, Marszałek Krystian

Przemysł Spożywczy

|

2019

|

T. 73, nr 7

18--21

PL

Badanie bioprzyswajalności składników aktywnych jest bardzo istotne dla prawidłowej oceny jakości procesu żywienia oraz projektowania produktów o wysokich walorach odżywczych. Jednym z wielu czynników mających wpływ na zmiany w biodostępności jest obróbka technologiczna surowca, w tym techniki wykorzystujące wysokie ciśnienie. Składniki pochodzenia roślinnego o właściwościach przeciwutleniających o charakterze hydrofilowym to między innymi witamina C, kwas foliowy i związki z grupy polifenoli. Wysokie ciśnienie hydrostatyczne może powodować uszkodzenia tkanek roślinnych, a w konsekwencji zwiększać ekstraktywność związków z matrycy oraz ich kontakt z enzymami hydrolizującymi. Z kolei spadek bioprzyswajalności może wynikać ze wzrostu lepkości pod wpływem ciśnienia oraz uwalniania enzymów oksydoredukcyjnych obecnych w tkance roślinnej. Publikacje dotyczące wpływu technik wysokociśnieniowych na biodostępność antyoksydantów hydrofilowych są nieliczne i nie zawsze jednoznaczne.

EN

The study of bioavailability and bioaccessibility of active ingredients is very important for the proper assessment of the quality of the nutrition and design of products with high nutritional value. One of the many factors influencing the changes in bioaccessibility is the technological processing of the raw material, including high pressure techniques. Hydrophilic ingredients of plant origin with antioxidant properties include, among others, vitamin C, folic acid and polyphenol compounds. High hydrostatic pressure may cause damage of plant tissues, and as a consequence, increase the extraction of compounds from the matrix and their contact with hydrolysing enzymes. On the other hand, the decrease in bioavailability may result from the increase in viscosity under pressure and release of oxidoreductive enzymes present in the plant tissue. Publications about the impact of high-pressure techniques on the bioavailability of hydrophilic antioxidants are few and not always unequivocal.

3

Wpływ wysokich ciśnień na bioprzyswajalność antyoksydantów owoców i warzyw – składniki lipofilowe

Trych Urszula, Skąpska Sylwia, Marszałek Krystian, Buniowska Magdalena, Kaczka Piotr

Przemysł Spożywczy

|

2019

|

T. 73, nr 2

14--19

PL

Bioprzyswajalność antyoksydantów obecnych w żywności jest ściśle powiązana z rodzajem związku, jego lokalizacją w tkance oraz składem matrycy. Skutecznym narzędziem badania biodostępności składników żywieniowych są modele symulacji trawienia żołądkowo-jelitowego in vitro. Według najnowszych badań metody przetwarzania żywności wykorzystujące wysokie ciśnienia mogą zwiększać bioprzyswajalność i biodostępność lipofilowych antyoksydantów, zwłaszcza karotenoidów i tokoferoli obecnych w produktach owocowych i warzywnych. Wysokie ciśnienia hydrostatyczne oraz homogenizacja wysokociśnieniowa oddziaływają na strukturę tkanek roślinnych, powodując uszkodzenia naturalnych barier komórkowych i ułatwiając uwalnianie lipofilowych składników z matrycy żywności, a następnie rozpuszczanie ich w tłuszczach. Niejednoznaczne wyniki badań, wynikające z dużej ilości czynników wpływających na bioprzyswajalność, skłaniają do prowadzenia dalszych badań w tej dziedzinie.

EN

The bioavailability of antioxidants present in foods is closely related to the type of compound, its location in the tissue and the composition of the food matrix. The in vitro model of gastrointestinal digestion is an effective tool for studying the bioaccessibility of nutrients. According to the current research high pressure methods of food preservation can increase the bioavailability and bioaccessibility of lipophilic antioxidants, mainly carotenoids and tocopherols, present in fruit and vegetable products. High hydrostatic pressure and high-pressure homogenization affect the structure of plant tissues, causing the damage of natural cellular barriers and facilitating the release of lipophilic compounds from the food matrix and subsequent dissolution in fats. Ambiguous results of the latest research, resulting from a large number of factors affecting bioavailability, lead to further studies in this field.

4

Adaptacja indukcyjnego czujnika odkształceń do pomiarów w temperaturze do 200°C

Nurkowski J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 1-2

83--91

PL

Poniżej opisano sposób zwiększenia zakresu temperatury pracy bezrdzeniowego czujnika do pomiaru odkształceń od kilkudziesięciu do 200°C oraz osiągnięte rezultaty metrologiczne. Czujnik ten jest wykorzystywany w badaniach skał, głównie w komorze wytrzymałościowej GTA-10. Modyfikacja dotyczyła zmiany izolatorów czujnika, sposobu mocowania jego cewek i spoiwa do ich lutowania. Czujnik testowano w komorze termicznej w zakresie do 200°C. Uzyskane charakterystyki termiczne wykazały, że możliwy jest pomiar zmian długości z błędem nie większym niż 5 μm (w metodzie referencyjnej) w całym zakresie zmian temperatury. Jeśli zmiany te są ograniczone do około 10°C, to błąd zmaleje do 2 μm. Osiągnięta dokładność pozwala na rozdzielczość pomiarów znacznie większą (ułamki mikronów) od rozszerzalności termicznej badanego materiału (setki mikronów), w zakresie do 200°C. Utrudni to znacznie rozróżnienie wpływu zmian temperatury od wymuszenia mechanicznego (hydrostatycznego lub aksjalnego), a więc dokładną analizę otrzymanych wyników, tym bardziej, jeśli będą duże różnice bezwładności cieplnej materiału badanego i referencyjnego.

EN

The following papier describes a method for increasing the temperature operating range of the strain measuring sensor up to 200°C and the metrological properties of the improved sensor. This sensor is used in compression tests carried out in the pressure cell of the GTA-10 device. The modification concerns changing the type of sensors insulators, a method for fixing of the sensor coils and choice binders for soldering. The sensor was tested in a thermal chamber in the range 20-200°C. The resulting thermal characteristics showed that it is possible to measure changes in specimen length with an error not greater than 5 μm (by reference method) in this range of temperature. If these changes are limited to about 10°C, the error decreases to 2 μm. The achieved resolution of measurements (a piece of a micron) is much higher than thermal expansion of the tested material (hundreds of microns), in the range up to 200°C. It makes difficult to distinguish the effect of temperature changes from mechanical force (hydrostatic or axial), so analysis of the results of experiments, especially when there are big differences between the thermal inertia of the tested material and reference material.

5

The application of coreless inductors for displacement measurements in laboratory investigations of rock properties

Nurkowski J.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 4

1033--1050

EN

The paper presented the coreless inductive sensor, its construction and principle of operation. The impact of temperature on the outcome of a measurement performed with the inductor was discusses, together with the possibility of temperature compensation of the inductor’s performance. Subsequently, the reasons for limited measurement accuracy and resolution were discussed, particularly under the variable pressure in the order of some hundreds MPa. Two types of such sensor were presented: a sensor for measuring linear strains, e.g. during compressibility measurements, and an sensor for measuring circumferential strains during triaxial compression tests. Additionally, the manners of fixing the sensor on rock samples were presented. Finally, some examples of the sensor application were shown, together with the results of measurements of deformations of rock samples - especially in cases when resistance gauges cannot be used, and the samples are subjected to a load in the uniaxial and triaxial system, under the hydrostatic pressure of up to 400 MPa and the normal one.

PL

W Pracowni Odkształceń Skał Instytutu Mechaniki Górotworu prowadzone są badania właściwości mechanicznych skał. Wymaga to precyzyjnego pomiaru odkształcenia, na ogół pod wysokim ciśnieniem hydrostatycznym, które symuluje warunki panujące w głębi górotworu. Ciśnienie hydrostatyczne (do 400MPa w aparacie GTA-10) i ograniczona do kilku milimetrów przestrzeń w komorze ciśnieniowej na zainstalowanie odpowiedniego przyrządu, a także spękania i kawerny w skałach powodują znaczne trudności pomiaru odkształcenia z wymaganą rozdzielczością (nawet 10-6). Stosowanie tensometrów elektrooporowych naklejanych wprost na próbkę często jest zawodne, gdyż ciśnienie wgniata ścieżkę rezystancyjną w nierówności próbki, powodując jej przerwanie, a co gorsze, fałszuje wyniki pomiaru. Wypełnianie szczelin lub kawern różnymi podkładami jak klej epoksydowy, gips, jest problematyczne. W przypadku skał przewodzących (nasączonych solanką) istnieje ryzyko zwarcia ścieżki rezystancyjnej do podłoża. Często naklejenie tensometru jest niemożliwe w przypadku skał słabo zwięzłych (fliszowe). Inne metody pomiaru np. transformator różnicowy z ruchomym rdzeniem (LVDT) ma ograniczoną odporność na wysokie ciśnienie i temperaturę i zbyt duże rozmiary. Czujnik LDT (Local Deformation Transducer), czyli naklejony tensometr rezystancyjny na sprężystą taśmę stalową, ma ograniczony zakres pomiaru deformacji do kilku procent i małą czułość. Opracowano nową metodę pomiaru odkształcenia opartą na jednowarstwowej, bezrdzeniowej cewce indukcyjnej, wykonanej z cienkiego sprężystego drutu (0,2 mm) i średnicy zwojów kilku milimetrów. Tak wykonany czujnik jest instalowany do zaczepów zamontowanych na badanej próbce (rys. 1 i 2). Odkształcenie próbki powoduje zmianę długości cewki (czujnika), a zatem jej indukcyjności. Czujnik stanowi indukcyjną część generatora LC, umieszczonego na zewnątrz komory. Zmiana indukcyjności skutkuje zmianą częstotliwości drgań, którą łatwo zmierzyć z dużą precyzją. Prostota czujnika gwarantuje jego dużą odporność na ciśnienie hydrostatyczne, temperaturę i udary mechaniczne. Minimalizacja błędów spowodowanych zmiennym ciśnieniem i temperaturą realizowana jest dwoma sposobami. Po pierwsze, czujnik wykonano z wysokorezystywnego drutu, co skutkuje dużymi termicznymi zmianami jego rezystancji, które zmieniają częstotliwość drgań (poprawka częstotliwości w generatorze Colpitts’a (4) przeciwstawnie do wpływu temperatury na indukcyjność czujnika (rozszerzalność termiczna). Umożliwia to prawie całkowitą kompensację termiczną czujnika w kilkunastostopniowym zakresie (rys. 4). Drugim sposobem jest użycie czujnika referencyjnego wykonanego w identyczny sposób jak czujnik pomiarowy, który jest zamocowany na wsporniku o znanej ściśliwości i rozszerzalności termicznej (rys. 7). Zmiany częstotliwości z czujnika referencyjnego są poprawkami do wskazań czujnika pomiarowego. Oba czujniki są naprzemiennie podłączane do tego samego generatora poprzez elektroniczny przełącznik (rys. 5). Zastosowanie jednego generatora powoduje, że poprawki te umożliwiają również praktycznie całkowitą eliminację błędu pomiaru ze względu na zmiany temperatury otoczenia i napięcia zasilania na generator i częstościomierz. Charakterystyka przetwornika długość-częstotliwość jest nieliniowa (rys. 3), co wynika z zależności między długością cewki czujnika, więc jej indukcyjnością, a częstotliwością rezonansową obwodu LC (1). Najdokładniej charakterystykę czujnika otrzymać można przez wzorcowanie. Uwzględnione są wtedy głównie pasożytnicze indukcyjności i pojemności połączeń, których wartości trudno obliczyć lub zmierzyć. W pomiarach należy dążyć, na ile to możliwe, do montowania krótkiego czujnika do długich próbek, w ten sposób zmiany długości badanego materiału będą większe, a krótszy czujnik dozna większego odkształcenia, więc czułość pomiaru będzie duża. Jednak zbyt krótki czujnik ma małą indukcyjność i wtedy jego czułość ograniczy indukcyjność połączeń (2). Opracowano dwa podstawowe typy takiego czujnika. Pierwszy, do pomiaru odkształceń liniowych, np. do pomiaru ściśliwości (rys. 2 i 6), o prostej cewce, który jest mocowany do próbki za pośrednictwem zaczepów przytwierdzonych do niej. W ten sposób czujnik nie kontaktuje się bezpośrednio z powierzchnią próbki, i odkształca się bez tarcia, co umożliwia precyzyjny pomiar, szczególnie przy obciążaniu cyklicznym. Bazę pomiarową można dostosowywać do długości próbki, mocując czujnik do zaczepów poprzez łączniki, uzyskując globalny pomiar odkształceń. Czujnik mierzy zmiany długości z rozdzielczością poniżej 1 μm, przy maksymalnych odkształceniach czujnika o kilkadziesiąt procent. Przykładowe pomiary przedstawiają rysunki 8 i 9. Na rys. 10 pokazano wyniki testu pomiaru ściśliwości stali, przy użyciu czujnika referencyjnego. W trzech cyklach obciążania, podczas których zmiany temperatury wywołane sprężaniem i rozprężaniem cieczy (do 350 MPa) sięgały kilkunastu °C. Histereza i rozrzut pomiaru w kolejnych cyklach wynosiły najwyżej kilka mikrometrów przy rozdzielczości około 0.2 μm. Czujnik stosowany jest również w pomiarach poza komorą ciśnieniową. Np. fotografia (rys. 11) przedstawia czujnik przy pomiarze ugięcia próbki drewna pobranego w kopalni soli Wieliczka. Fotografia na rys. 13 przedstawia stanowisko do pomiaru deformacji osiowych i obwodowych brykietu węglowego podczas testu jednoosiowego ściskania. Drugi typ czujnika, do pomiaru dużych odkształceń obwodowych (kilkadziesiąt procent) w teście konwencjonalnego trójosiowego ściskania, w którym próbka jest jednocześnie ściskana ciśnieniem hydrostatycznym (okólnym) a następnie obciążana osiowo tłokiem prasy poruszającym się wewnątrz komory ciśnieniowej. W ciśnieniu hydrostatycznym setek MPa na ogół skały zachowują się plastycznie i w teście tym siła działająca osiowo na cylindryczną próbkę powoduje odkształcenie jej nawet o kilkadziesiąt procent, do postaci beczki. Pomiar odkształceń obwodowych jest realizowany czujnikiem indukcyjnym uformowanym na kształt torusa, przez spięcie jego końców izolacyjną płytką (rys. 1). Czujnik na próbce utrzymywany jest dzięki sile sprężystości jego zwojów. Na rys. 14. pokazano efekty trójosiowego testu: odkształcenie osiowe ε1 (pomiar ruchu tłoka prasy, na zewnątrz komory) i poprzeczne ε3 (czujnikiem toroidalnym) oraz zmianę objętości ΔV, walcowej próbki dolomitu. Jeśli nie są mierzone deformacje poprzeczne, to aktualny przekrój próbki wyliczany jest na podstawie odkształcenia osiowego, przy założeniu stałości objętości próbki (ν = const. = 0,5). Uproszczenie to daje w miarę zadawalające wartości naprężenia do granicy wytrzymałości materiału, a po jej przekroczeniu zawyża naprężenia (cienka przerywana linia). Podsumowując, można stwierdzić, że przedstawione czujniki odkształceń współpracujące z generatorem LC rozwiązały problem pomiaru odkształceń skał porowatych, słabo zwięzłych lub przewodzących, szczególnie w badaniach ciśnieniowych. Mają wysoką czułość oraz bardzo szeroki zakres pomiaru, od mikronów do centymetrów. Prostota i mały koszt wykonania, odporność na udary mechaniczne i łatwość mocowania do badanego obiektu czyni je atrakcyjnym narzędziem pomiarowym. Zbędny jest przetwornik analog/cyfra. Możliwość kompensacji termicznej czujnika i zastosowanie czujnika referencyjnego umożliwia pomiar w zmiennym ciśnieniu (GPa) i temperaturze (kilkaset stopni) oraz pozwoliło praktycznie wyeliminować wpływ zmian temperatury otoczenia i napięcia zasilania na generator i częstościomierz, umożliwiając długotrwałe, nawet wielodniowe pomiary. Osiągana rozdzielczość pomiaru jest poniżej 1 μm, przy dokładności około 1%. Maksymalne ciśnienie hydrostatyczne, przy którym wykonano pomiary odkształcenia omawianym czujnikiem wynosiło 1,4 GPa w aparacie GCA-30. Trudno określić maksymalną wartość ciśnienia uniemożliwiającą pomiar takim czujnikiem. Na pewno, przy zastosowaniu czujnika referencyjnego, są to setki a nawet tysiące GPa.

6

An estimation of the high-pressure pipe residual life

Jovicic G., Nikolic R., Zivkovic M., Milovanovic D., Jovicic N., Maksimovic S., Djordjevic J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. 13, no. 1

36--44

EN

The paper presents an estimation of the residual life of the power plant high-pressure pipe, which has been in exploitation for years. A crack was noticed in the pipe, thus it was necessary to estimate the pipe material residual life until its eventual failure. The combined methodology for residual life estimation, which consists of experimental and numerical investigations, was developed. The samples were taken directly from the real high pressure pipe and material properties were determined experimentally, both at room and elevated (operational) temperature. The experimental results also served for the verification of the developed numerical methodologies. The FEM and the X-FEM methods were used for the residual life numerical estimation of the high pressure pipe. The stress and strain fields, used for the estimate, were obtained by application of the Paris' law. The final verification of numerical results was realized by comparing the critical crack length to the experimentally obtained value.

7

Temperature and pressure properties of the resistance alloy ZERANIN30 implanted by high dose, middle energy, C+ ions

Wilczyńska T., Wiśniewski R., Konarski P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 10a

292-295

EN

The influence of carbon ions implantation into Zeranin30 alloy on their sensitivities to pressure and temperature has been investigated . Specimens were foil type, 20µm thick and planar dimensions 1x50mm). The C+ ions, of energy 100, 150 and 250keV, were implanted on the one side of specimens with doses of 1-, 2- and 3x10 17 ions C+/cm2 respectively. Depth distribution of carbon ions were calculated using SRIM method. The implantation range was less than 0.5µm. Due to C+ ions implantation of max energy and dose a12% increase of mean pressure sensitivity of specimens was noted. Using developed earlier method for more accurate interpretation of implanted flat specimens it was possible to determined properties of modified layer we can estimate the pressure sensitivity coefficient (PSC) of the strongly implanted part as three times higher than the value for not implanted one. High-dose implantation with C+ ions remarkably changes also the temperature - resistance characteristic of Zeranin30 specimens, making it more convenient for the use in the further vicinity of the room temperature. The thermo power of implanted Zeranin30 against copper at room temperature appeared to be about 30% smaller than those for not implanted one. SIMS method of determination of concentration of basic Zeranin30 components and introduced C was used. An anomalous concentration of basic component in depths of 300nm has been observed. The maximal depth of implanted carbon atoms was detected as less than 1µm. Investigated specimens were annealed before and after implantation by 100h at temperature of 150oC.

PL

W pracy przedstawiono wpływ średnio-energetycznej, wysoko dawkowej implantacji węglem Zeraninu30 na charakterystykę rezystancja - temperatura oraz na czułość ciśnieniową. Próbki miały wymiary 20µm x2mm x50mm. Zastosowano energie implantacji 100,150 i 250keV i jednostronną implantację dawkami 1- ,2- i 3x1017 jonow C+ / cm2, odpowiednio. Do określenia rozkładu jonów węgla użyto kodu SRIM 2000 określającego maksymalny zasięg na 0.5µm. Po implantacji maksymalną energią i dawką zauważono 12% wzrost średniego współczynnika czułości ciśnieniowej. Stosując metodę określania właściwości warstw silnie implantowanych w próbkach planarnych określono jego trzykrotny wzrost w stosunku do czułości ciśnieniowej zeraninu czystego. Zaobserwowano, korzystne dla zastosowań, rozpłaszczanie się charakterystyki R-T w okolicy temperatury pokojowej, oraz niewielki (30%) spadek siły termoelektrycznej zeraninu30 względem miedzi w temperaturze pokojowej. Metodą SIMS określono rzeczywiste rozkłady podstawowych składników Zeraninu i zaimplantowanych jonow C (z zasięgiem 1µm) stwierdzając anomalne wartości koncentracji składników podstawowych w głębokościach do 200nm. Próbki przed i po implantacji były stabilizowane termicznie w temperaturze 150oC w czasie 100h. (Temperaturowe i ciśnieniowe właściwości rezystancyjnych stopów ZERANIN30 implantowanych jonami C+ o wysokich dawkach i średnich energiach).

8

Innowacyjne procesy wstępne stosowane przed suszeniem owoców i warzyw

Nowacka M., Witrowa-Rajchert D.

Przemysł Spożywczy

|

2011

|

T. 65, nr 9

34-38

PL

Zastosowanie przed procesem suszenia niekonwencjonalnych procesów wstępnych, takich jak moczenie, powlekanie, odwadnianie osmotyczne oraz działanie ultradźwięków, pulsacyjnego pola elektrycznego i wysokich ciśnień hydrostatycznych, wpływa na przyspieszenie wymiany ciepła i masy, a jednocześnie uzyskuje się najczęściej wysoką jakość produktu suszonego. Ponadto niektóre z tych procesów nadają produktom specjalne formy i cechy jakościowe, niemożliwe do uzyskania przy wykorzystaniu metod tradycyjnych, zwiększają więc asortyment dostępnych dla konsumenta produktów.

EN

The application of non-conventional methods such as soaking, coating, osmotic dehydration and impact of ultrasounds, pulsed electric field and high hydrostatic pressure before drying affects the acceleration of heat and mass transfer, and most often high quality of dried products is achieved. Moreover, some of these processes add special forms and qualitative characteristics to dried products, impossible to be obtained when using traditional methods, what increases the range of the products, being available for the consumer.

9

Weryfikacja zmian ściśliwości wody i roztworu soli NaCl pod wpływem wysokich ciśnień

Koszela J., Koszela-Marek E., Sysak Z.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 2

205-211

PL

Przedstawiono wyniki ściśliwości wody i roztworu soli NaCl (20 g/dm3) pod wpływem ciśnień hydrostatycznych od 50 do 400 MPa, przy temperaturze 21stopni Celsjusza. W zakresie tych ciśnień objętość wody zmniejszyła się od 2,1 do 9,4%, a roztworu soli od 1,6 do 6,9%. Niejednakowym i nieliniowym zmianom ulegały także współczynniki ściśliwości Beta. Badania przeprowadzono w specjalnie skonstruowanej aparaturze.

EN

Paper presents results of water and salt NaCl (20 g/dm3) solution compressibility under hydrostatic pressure from 50 up to 400 MPa, with 21degrees of Celsius temperature conditions. In the presented range of pressures water decreased in volume from 2,1 to 9,4%, NaCl solution from 1,6 to 6,9%. Coefficients of compressibility Beta are unequal and nonlinear. Examinations have been made in especially designed equipment.

10

The coreless inductive sensor for strain measurement of rock samples in a pressure cell - some advantages and disadvantages in relation to the electrical resistance strain gauges

Nurkowski J.

Archives of Mining Sciences

|

2007

|

Vol. 52, no 3

311-330

EN

This paper presents a sensor for measuring strains ranging from below 0.1 % to over 50%, which is considered as the one-ply coreless inductor. This sensor is used mainly for measuring the compressibility of rock sampies in a triaxial cell under hydrostatic pressure up to 1 GPa, in the case when it is difficult or impossible to use a resistance strain gauge. Moreover, the paper describes the electronic system working with the sensor and discusses the influence of temperature and high pressure on the sensor properties. To conclude, some problems referring to the application of the referential resistance strain gauge in a pressure cell are discussed.

PL

W artykule przedstawiono indukcyjny bezrdzeniowy czujnik do pomiaru odkształceń materiału a zwłaszcza próbek skał w komorze ciśnieniowej wypełnionej nieprzewodzącą cieczą sprężaną do setek MPa. Omówiono jego konstrukcję, sposób stosowania i przykładowe wyniki pomiarów. Na zakończenie poruszono pewne problemy związane z zastosowaniem tensometrów rezystancyjnych (zwanych dalej krótko tensometrami) do takich pomiarów i skonfrontowano obie metody ze sobą. Pomiar deformacji próbek skał w trójosiowym stanie naprężenia oparty na zastosowaniu tensometrów przyklejonych wprost na próbkę wiąże się z pewnymi problemami kiedy skała jest spękana, porowata, nasycona wodą lub odkształcenia przekraczają kilka procent, ponieważ ciśnienie hydrostatyczne wgniata ścieżkę rezystancyjną w szczeliny, podczas gdy obecność wody może być przyczyną zwarcia. Pewne problemy związane z tensometrami były opisane przez Attingera i Koppela (1983), Hoque'a i in. (1997), Lintona i in. (1988) i Wawersika (1975). Inna metoda oparta na tensometrach przyklejonych na sprężystą taśmę, która jest zamocowana wahliwie do próbki na zaczepach (LDT) jest zalecana do stosowania w stałym ciśnieniu hydrostatycznym (Hoque i in., 1997; Besuene i Desrues, 2001). Ponadto dystans pomiędzy próbką skały a ścianą komory ciśnieniowej może być zbyt mały do zainstalowania takiego przetwornika. Opracowano zatem nową metodę opartą na wykorzystaniu jednowarstwowej, bezrdzeniowej cewki indukcyjnej. Tak wykonany czujnik jest instalowany na próbce badanego materiału; jej odkształcenie powoduje zmianę długości cewki a zatem jej indukcyjności (rys. I). Indukcyjność czujnika razem z pojemnością tworzy elektryczny obwód rezonansowy tranzystorowego oscylatora LC (rys. 2). Zmiana częstotliwości oscylacji jest źródłem informacji o odkształceniu badanego materiału (zmiany indukcyjności są zbyt małe do ich bezpośrednich pomiarów z wystarczającą rozdzielczością). Taki sposób pomiaru jest prosty i niezawodny. Głównym problemem było zredukowanie wpływu temperatury i ciśnienia na czujnik. Dzięki specyficznym właściwościom wysokorezystywnego drutu stalowego użytego do wykonania czujnika jest możliwe ograniczenie wpływu temperatury na częstotliwość, co umożliwiło pomiar odkształceń od O, I % do ponad 50%. Opracowano dwie odmiany czujnika: liniową - montowaną do zaczepów lub pierścieni na próbce - do pomiaru małych odkształceń np. ściśliwości i drugą - toroidalną do pomiaru odkształceń obwodowych np. w teście trójosiowego ściskania próbki walcowej. Czujnik ma małą średnicę zwojów (kilka milimetrów), więc zajmuje niewiele przestrzeni w komorze ciśnieniowej. Brak bezpośredniego kontaktu z badanym obiektem (z wyjątkiem punktów mocowania) w przypadku czujnika liniowego umożliwia osiągnięcie rozdzielczości 0,001 % (kilka mikrometrów). Te właściwości czynią prezentowane czujniki konkurencyjnymi w porównaniu do tensometrów rezystancyjnych. Są one używane do pomiaru odkształceń próbek skał umieszczonych w komorze ciśnieniowej pod ciśnieniem nieprzewodzącej cieczy aż do l GPa. Dokładność pomiaru takim czujnikiem jest limitowana głównie przez niestabilność: 1. indukcyjności i rezystancji czujnika wywołanej zmianami ciśnienia i temperatury w komorze. 2. pasożytniczych pojemności i indukcyjności przewodów łączących czujnik z generatorem - składają się na to przewody wewnątrz i na zewnątrz komory oraz przepusty elektryczne w ścianie komory, na które wpływa zmienna temperatura i ciśnienie. 3. pojemności układu elektronicznego generatora zależnych od temperatury otoczenia i napięcia zasilania. Jakkolwiek można eksperymentalnie określić wpływ ciśnienia i temperatury na charakterystykę czujnika i korygować matematycznie uzyskane wyniki, to korekcja ta jest ograniczona przez dokładność określania charakterystyk korekcyjnych, różnicę bezwładności cieplnej czujnika odkształcenia i temperatury oraz mnogość czynników zakłócających. Lepszym sposobem zwiększenia dokładności pomiaru odkształceń jest użycie czujnika odniesienia. Czujnik ten ma postać identyczną jak czujnik pomiarowy (długość, średnica, liczba zwojów, rezystancja) z tym, że jest zamocowany na próbce materiału o znanej ściśliwości, np. na stalowym wsporniku. Umieszcza się go w komorze ciśnieniowej razem z czujnikiem pomiarowym. Podłączając do oscylatora na zmianę raz jeden raz drugi czujnik za pomocą przełącznika (najlepiej tranzystorowego) otrzymamy względny pomiar odkształcenia badanego materiału ze znacznie zredukowanymi błędami spowodowanymi ciśnieniem i temperaturą. Rysunek 4 przedstawia schematycznie zasadę działania oraz czynniki zakłócające pomiar, natomiast na rysunku 5 pokazano fotografię czujnika odniesienia zamocowanego do stalowego wspornika. Rysunki 6, 7 i 8 przedstawiają rezultaty pomiaru ściśliwości aluminium, soli i łupka uzyskane tą metodą przy użyciu czujnika liniowego. Jako przykład zastosowania czujnika toroidalnego do pomiaru odkształceń poprzecznych (obwodowych) przedstawiono efekty pomiaru odkształceń próbki piaskowca w klasycznym trójosiowym stanie naprężenia w urządzeniu GTA-IO. Próbka jest zabezpieczona osłonami lateksowymi przed kontaktem z naftą, która wypełnia komorę ciśnieniową. Zewnętrzna osłonka lateksowa pod wpływem nafty pęcznieje, nawet jeśli obciska ją ciśnienie nafty rzędu setek MPa. Proces pęcznienia trwa przez cały czas kontaktu osłony z naftą. Prowadzi to oczywiście do błędów pomiaru odkształcenia, bowiem czujnik jest nałożony na osłonki. Ogólnie można stwierdzić, że pęcznienie to jest tym większe im mniejsze jest ciśnienie nafty i dłuższy czas kontaktu z naftą. Wpływ pęcznienia osłonki na wskazania czujnika przedstawia rysunek 11. Rozwiązaniem tego problemu jest wykonanie osłonek z materiału odpornego na naftę (np. na bazie silikonu) lub wypełnienie komory innym płynem, np. olejem silikonowym lub alkoholem. Zastosowanie koszulek termokurczliwych daje również dobre rezultaty, choć dla odkształceń powyżej 20% istnieje obawa ich pęknięcia. Możliwości pomiarowe czujnika toroidalnego w zakresie małych odkształceń przedstawiono na rysunku 12, na którym widać efekty trójosiowego testu piaskowca Tumlin przy ciśnieniu okólnym 50 MPa. Dodatkowa pozioma oś przedstawia odkształcenia w mikrometrach, pozwala to oszacować rozdzielczość pomiaru odkształceń obwodowych na kilka mikrometrów. W pomiarach tensometrami rezystancyjnymi naklejonymi wprost na próbkę, aby zredukować błędy oddziaływania zmiennego ciśnienia i temperatury stosuje się tensometr kompensacyjny, który na ogół jest naklejony na stalową płytkę i umieszczony wewnątrz komory ciśnieniowej. Uzyskuje się wówczas względny pomiar odkształceń skały, odniesiony do ściśliwości płytki kompensacyjnej. Wydaje się jednak, że stal nie jest najlepszym podłożem dla tensometru kompensacyjnego ze względu na około dwukrotnie większą rozszerzalność cieplną w stosunku do skał. W Pracowni Odkształceń Skał Instytutu Mechaniki Górotworu PAN w Krakowie uzyskano lepsze efekty stosując do tego syntetyczny rubin (korund), który miał rozszerzalność i przewodność cieplną zbliżoną do skał. Porównanie pomiaru ściśliwości próbki granitu o średnicy 22 mm i długości 44 mm w przypadku zastosowania kompensacji na płytce stalowej i korundowej wewnątrz komory, a także dla kompensacji umieszczonej poza komorą ciśnieniową pokazano na rysunku 13. Histereza krzywej ściśliwości gdy płytka kompensacyjna jest z korundu jest kilkakrotnie mniejsza niż dla stalowej. Tensometry przed naklejeniem na próbkę skały powinny być wstępnie kondycjonowane ciśnieniem hydrostatycznym. Realizuje się to przez umieszczenie ich na stalowej płytce (bez przyklejania) i nałożenie lateksowych osłonek oraz zanurzeniu w cieczy ciśnieniowej i sprężenie jej do maksymalnej dopuszczalnej dla komory wartości. Efekt tego zabiegu widać na makrofotografii przedstawionej na rysunku 14. Indukcyjne bezrdzeniowe czujniki odkształceń rozwiązały problem badania skał porowatych lub przewodzących, eliminując ryzyko związane z naklejaniem tensometrów rezystancyjnych wprost na próbkę. Mają wysoką czułość oraz bardzo szeroki zakres pomiaru od mikronów do centymetrów. Prostota wykonania, odporność na udary mechaniczne i łatwość mocowania czyni je atrakcyjnym narzędziem pomiarowym. Ciągle udoskonalane są zarówno czujniki, jak sposób ich mocowania oraz współpracujący z nimi oscylator, w efekcie systematycznie rośnie ich dokładność i konkurencyjność względem tensometrów.