Устройство для определения физико-химических свойств флюидов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР).(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов(56) Авторское свидетельство СССР й 685261, кп,6 01 й 29/00, 198,Авторское свидетельство СССР й 932389, кп,О 01 й 29/00, 1980.(54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФПЮИДОВ(57) Изобретение относится к контрольно - измерительной технике и может быть использовано для определения физико - химических свойств флюидов. Цель изобретения: повышение точности измерений и производительности. Цель достигается тем, что преобразователи жестко закреплены по контуру на торцах корпуса, два электрода преобразователей, обращенные к полости корпуса закреплены по периметру корпуса, а остальные - установлены на преобразователе соосно измерительной камере и совпадают с ней по диаметру. Устройство снабжено и измерительными камерами, установленными в корпусе параллельно его продольной оси корпуса, снабжено эластичными перегородками по числуканалов 1 с и 5 3. и. ф-лы,б ил.Изобретение относится к акустическому приборостроению и может быть использовано в различных областях науки итехники, где необходимо определять иликонтролировать физико-химические свойства флюидов, в том числе в нефтяной и газовой, нефтехимической и химическойотраслях промышленности, а также в медицине, биологии и других областях,Известны устройства для ультразвукового контроля биологических жидкостей.Известно устройство, содержащее корпус, расположенные в нем измерительнуюкамеру и установленные соосно на ее противоположных стенках преобразователиультразвуковых колебаний,Недостатком этого устройства являетсянизкая точность измерения, обусловленнаянежестким закреплением пьезопластин засчет наличия упругих прокладок между ни;ми и крышками, и невозможность использования устройства для измерения привысоких давлениях.Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является устройстводля ультразвукового контроля биологических жидкостей, содержащее корпус сосквозным каналом, расположенную в немизмерительную камеру и установленные соосно на ее противоположных стенках преобразователи ультразвуковых колебаний.Недостатком этого устройства являетсятакже низкая точность измерений и невозможность его использования в широком диапазоне давлений и температур иэ-занежесткого закрепления преобразователейультразвуковых колебаний между торцамикорпуса и крышками за счет наличия упругих прокладок между ненагруженной поверхностью пьезопреобразовйтелей икрепежными элементами.Низкая точность измерений обусловлена также тем, что электроды на поверхностях пьезопластин на ненагруженных наисследуемую среду поверхностях не совпадают с диаметром измерительной камеры,что приводит к распространению ультразвуковых волн не только в исследуемом флюиде, но и в корпусе измерительной камеры,Цель изобретения - повышение точности измерений и производительности.На фиг. 1 изображено устройство, видсбоку; на фиг, 2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - вариант исполнения корпуса с несколькими измерительными камерами; на фиг, 4и 5 - вид сверху и поперечное сечение преобразователя акустических колебаний дляустройства с несколькими измерительнымикамерами соответственно; на фиг, 6 - пример исполнения узла 1 с установкой уплотнительного и прижимного колец,Устройство содержит пустотелый корпус 1 с отверстием 2 в стенке, закрепленные5 на его торцах преобразователи акустических колебаний 3 с электродами 4 и 5, образующие с корпусом 1 измерительнуюкамеру 6, и крепежные элементы 7. Каждыйпреобразователь акустических колебаний 31 О жестко закреплен по контуру между торцомкорпуса 1 и крепежным элементом 7.Поверхность каждого преобразователяакустических колебаний 3, контактирующаяс исследуемым флюидом, выполнена в виде15 сплошного электрода 4, а противоположнаяповерхность преобразователя выполнена ввиде электрода 5, соосно измерительной камере 6 и совпадает с ней по диаметру,В варианте исполнения корпуса 8 раз 2 О мещено более одной (четыре) измерительной камеры 9, электроды 10 для которыхвыполнены на общем преобразователе акустических колебаний 11, В корпусе дополнительно выполнены четыре отверстия 2,25 сообщающиеся с полостями камер 9,При этом измерительные камеры 9 расположены симметрично относительно продольной оси 12 корпуса 8.Измерительные камеры изолированы от3 О внешней среды эластичной перегородкой13.При этом одна из измерительных камер14 заполнена, например, эталонным флюидом.35 В варианте исполнения устройства вкаждом крепежном элементе 7 размещенысимметрично по окружности юстировочныевинты 15,В варианте исполнения устройства4 О (узел 1, фиг. 6) по периметру каждого преобразователя акустических колебаний 3 установлены уплотнительное 16 и прижимное17 кольца.Устройство может быть размещено в ав 45 токлаве,Устройство работает следующим образом.Электроды 18 на преобразователях акустических колебаний соединяют с измери 5 О тельным блоком (не показан),измерительную камеру 6 заполняют исследуемым флюидом, при необходимости изолируют от внешней среды эластичнойперегородкой 13 и выполняют измерения55 акустических характеристик флюида.При возможном появлении искаженийАЧХ - сигналов производят юстировку и реобразователей акустических колебаний 3 спомощью юстировочных винтов 15.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для измерений при высоких давлениях устройство помещают в автоклав,П р и м е р, В качестве преобразователей акустических колебаний взяты пластины из монокристалла ниобата лития диаметром 26 мм, Электроды выполнены на противоположных поверхностях посредством вакуумного напыления на них золота, Корпус и крепежные элементы выполнены иэ титана, диаметр отверстия 5 мм. Параллельность плоскостей торцевых поверхностей корпуса, к которым прижимаются , пьезопластины, доводится с точностью 0,25 мкм на базе в 25 мм.По варианту исполнения устройства на фиг, 3 в корпусе выполнены 4 отверстия диаметром 5 мм. Электроды на пьезопластинах выполнены из золота, как показано на фиг. 5, со стороны, нагруженной на исследуемую жидкость, сплошными, а на противоположной стороне - совпадающими с диаметрами отверстий в корпусе. Объем рабочей камеры в данном варианте исполнения составляет 0,2 см . Рассмотрим случай,зкогда исследуется концентрационная зависимость водных растворов солей (йаС 1). Одна из измерительных камер заполняется эталонной жидкостью - дистиллированной водой, в остальные три камеры заливают исследуемые образцы - водные растворы различной концентрации. Перед заливкой образца ячейка тщательно промывается дистиллированной водой и просушивается,После заливки измерительные камеры изолируются от внешней среды при помощи одного герметизирующего резинового кольца, установленного по периметру устройства.Устройствопомещается в автоклав высокого давления, через систему электровводов на преобразователи подается электрический сигнал в диапазоне частот 6-8 МГц и начинаются измерения.Для измерения при высоких давлениях можно пользоваться симметричным размещением ячеек в линию одна за другой, закрепляя их торцами, в т. ч, таким образом, что один пьезокристалл может быть общим для каждой предыдущей и последующей камер, причем акустические базы камер могут быть различны. В этом случае все операции аналогичны описанным выше, диаметр измерительных камер 5 мм, но внешний диаметр и размеры автоклава существенно уменьшаются, исходя из расчетов, что для надежной работы при давлениях в 1000 МПа отношение внешнего диаметра сосуда высокого давления к внутреннему должно быть порядка 4:1 (или 3:1).Идентичность измерительных камер и одинаковость их температурных и барических режимоа позволяет существенно снизить требования к термостатированию при дифференцированных измерениях. Для обеспечения относительной точности измеренийскорости 10в водном растворе при 25 С потребовалась бы термостабильность реэонаторной ячейки бх 10 С. При использовании дифференциального метода измерения задача упрощается. При одинаковых температурных и барических условиях измерительных камер и их идентичности измеряется разность частот между ближайшими по частоте гармониками двух резонаторов, в одном из которых помещен исследуемый раствор, а в другой помещен опорный раствор с близким температурным коэффициентом скорости. Это позволяет снизить требования к абсолютной термостабильности до 0,05 С, что легко обеспечивается обычными лабораторными термостатами. Устройство позволяет проводить прецизионные измерения акустических и термодинамических параметров флюидов: повысить точность и производительность измерений; одновременно исследовать несколько объектов, находящихся в совершенно идентичных условиях; контролировать получаемые результаты по эталонному образцу, находящемуся в тех же условиях, что и исследуемые; существенно сократить время на проведение исследований; получать комплексную информацию о физико-химических свойствах в микродозах исследуемых объектов; сократить металлоемкость и габариты систем создания высокого давления и термостатирования; испольэовать один комплект контрольно-измерительной аппаратуры при комплексных исследованиях в широком диапазоне изменения параметров состояния (по давлению - от вакуума до сверхвысоких давлений).7 17957 Формула изобретения1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ . ФЛ ЮИДО В, содержащее корпус с отверстием в стенке, размещенную в нем 5 измерительную камеру, закрепленные с помощью крепежных элементов на торцах корпуса преобразователи акустических колебаний с электродами, отличающееся тем, что, с целью повышения10 точности измерений и производительности, преобразователи жестко закреплены по контуру на торцах корпуса, по крайней мере, два электрода, преобразователей, обращенные к полости корпуса закреплены по периметру корпуса, остальные - установлены на преобразо- вателе соосно измерительной камере и совпадают с ней по диаметру, 202. Устройство по п,1, опиичающееся тем, что оно дополнительно снабжено и измерительными камерами, установлен 47 8ными в корпусе параллельно его продольной оси, в корпусе дополнительно выполнены п отверстий, сообщающихся с полостями этих камер,3. Устройство по пп.1 и 2, опиичающеесю тем, что измерительные камеры расположены симметрично относительно продольной оси корпуса.4, Устройство по пп,1,2 и 3, отличающееся тем, что оно снабжено изолирующими эластичными перегородками по числу каналов, установленными в отверстиях стенки корпуса.5, Устройство по пп,1 - 4, отличающееся тем, что оно снабжено в каждом крепежном элементе юстировочными винтами, установленными симметрично относительно продольной оси корпуса,б. Устройство по пп.1 - 5, отлюающееся тем, что оно снабжено уплотнительными и прижимными кольцами по числу преобразователей, установленными по периметру каждого из них,1795747 Составитель Т,ГоловкинТехред М,Моргентал аковская ктор Т,Федото ор аказ 132 О исное Тираж НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб венно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 иэ