压汞法测量原理

在做压汞测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对压汞测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

毛细管压力是指在毛细管中润湿相或非润湿相液体产生的液面上升或下降的凹形或凸形曲面的附加压力。汞对固体表面具非润湿性，相对来说，材料孔隙中的空气或汞蒸气就是润湿相，往材料孔隙中注汞就是用非润湿相驱替润湿相。因此只有在压力作用下，汞才能进入多孔材料的孔隙中。

压汞法以圆柱型孔隙模型为基础。根据Washburn方程样品孔径和压力成反比。在给定压力下，将常温下的汞压入材料毛细孔中，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。当压力增大至大于毛细管力时，汞才会继续侵入孔隙。因此，外界施加的一个压力值便可度量相应的孔径的大小。注汞过程是一个动态平衡过程，注入压力就近似等于毛细管压力，所对应的毛细管半径为孔隙喉道半径，进入孔隙中的汞体积即该喉道所连通的孔隙体积。不断改变注汞压力，就可以得到毛管压力曲线，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——汞与岩石的润湿角，变化为135°~142°；

r——孔隙半径，μm。

可得孔隙半径r所对应的毛管压力为：

当注汞压力从P1增大到P2，则对应孔径由r1减小至r2，而这一阶段的注汞量则是在两种孔径之间的孔对应的孔体积。在注汞压力连续增大时，就可测出不同孔径的进汞量。但真实状况下的材料，孔隙结构复杂，除了连通孔外，材料中可能还有一些死孔隙，这些孔汞无法进入，因此压汞法无法探测死孔隙。

在低压注汞结束后，汞充满膨胀计样品杯和膨胀计的毛细管。由于汞自身是导电物质，膨胀计内的汞和外部金属镀层相当于电容器两端的金属板；而其毛细管（一般为耐高压玻璃）相当于绝缘板。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，从而引起电容器电量变化。传感器采集电量信息并转化为汞的变化量，进而测量孔隙特征，模拟相关图谱，计算孔隙率等数据。

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