Устройство для определения зависимости объема текучих сред от давления и температуры

)5 О 01 И 110 Е С)БР ИСАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Азербайджанский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(56) Мамуна В.Н. и др. Экспериментальное исследование пластовых нефтей. - М.; ГОСИНТИ, 1960, с. 37 - 41.Инструкция по определению комплекса физико-химических параметров пластовых нефтей с помощью установки "УПН-БашНИПИнефть". - Уфа: БашНИПИнефть, 1980, с.9 12 Изобрение относится к исследованиям физических свойств текучих сред и може быть использовано для определения сжимаемости нефти.Целью изобретения является увеличение точности определения искомой характеристики путем повышения эффективности перемешивания исследуемой среды.Устройство для определения зависимости объема текучих сред от давления и температуры содержит в надпоршневой полости шар для перемешивания иследуемой текучей среды со сквозными перекрещивающимися каналами,Выполнение в шаре сквозных перекрещивающихся каналов обеспечивает более интенсивное перемешивание пробы текучей среды, представляющей собой смесь жидкостей или газа и жидкости, за счет "протягивания" ее сквозь эти каналы, многократного изменения направления, пере-. 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ,ЗАВИСИМОСТИ ОБЬ ЕМА ТЕ КУЧИХ СРЕД ОТ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к исследованию физических свойств текучих сред, а именно их сжимаемости, и может быть использовано при изучении газожидкостных смесей, например нефти. Целью изобретения явля-, ется увеличение точности определения искомой характеристики путем повышения эффективности перемешивания исследуемой среды, Устройство содержит в надпоршневой полости шар для перемешивания исследуемой текучей среды, В шаре выполнены сквозные перекрещивающиеся каналы, а на его поверхности - конусные выемки, 21 гк ил. Ф сечения движущейся текучей среды и ее тур-. булизации. Вероятность "расслоения" исследуемой смеси, пропущенной через перекрещивающиеся каналы, несопостави-, ф мо меньше, чем при простом обтекании смес.и цельного шара (т.е. не имеющего (д) каналов) при его движении во время раска- (,Д чивания рабочей камеры,ОВыполнение на наружной поверхности шара конусных выемок способствует при раскачивании рабочей камеры дополнительной турбулизации исследуемой смесИ, обтекающей движущийся шар, что также по-, а вышает интенсивность ее перемешивания, Конусная форма выемок способствует лучшему затеканию и вытеканию исследуемой среды из выемок,На фиг. 1 изображена схема предлага мого устройства; общий вид; на фиг. 2 - ша для перемешивания пробы текучей средыперекрещивающимися каналами и конус- ными выемками,Устройство содержит рабочую камеру 1 со сферическим внутренним сводом. В рабочей камере установлен поршень 2 со сферически вогнутым верхним торцом. Поршень снабжен уплотнением 3 и штоком 4, имеющим на конце указатель 5, перемещающийся при движении поршня вдоль измерительной шкалы 6, В корпусе 7 рабочей камеры установлен вентиль 8 для подачи в рабочую камеру 1 рабочей (подвижной) жидкости, например, с помощью насоса 9. В надпоршневой полости рабочей камеры 1 установлен с возможностью вращательного и возвратно-поступательного движения шар 10, В шаре выполнены свозные перекре цивающиеся каналы 11, а на его наружной поверхности - конусные выемки 12. В верхнейчасти рабочей камеры установлен вентиль 13, через который подается в надпоршневую полость этой камеры проба исследуемой среды. В корпусе рабочей камеры установлен манометр 14, сообщенный с рабочей камерой 1, Последняя помещена в термостатирующую рубашку 15, снабженную термометром 16, и установлена с возможностью углового поворота на 180 в поворотном устройстве 17, предназначенном для перемешивания проб текучих сред в виде жидкостных и газожидкостных смесей. Термостатирующая рубашка 15 соединена с термостатом 18.Устройство работает следующим образом,Через вентиль 13 подают пробу текучей среды в надпоршневую полость рабочей ка. меры 1, при этом поршень 2 при открытом вентиле 8 перемещается вниз, Количество переводимой в рабочую камеру текучей среды опеределяют по перемещению указателя 5 на штока 4 вдоль измерительной шкалы 6. После подачи пробы текучей среды в рабочую камеру вентиль 13 закрывают. Поджимают пробу до заданного давления поршнем 2 с помощью насоса 9. Затем закрывают вентиль 8 и рабочую камерутермостатируют с помощью термостата 18 при заданной температуре,Для приведения пробы текучей среды в равновесное состояние в случае исследования жидкостной или газожидкостной смеси ее перемешивают шаром 10, который перемещается вдоль продольной оси рабочей камеры при ее раскачивании поворотным10 20 Исследования пробы текучей средыпроизводят при изменении трех параметров (в любом сочетании): давления Р (по 25 30 35 40 45 50 55 устройством 17. При этом шар 10, кроме продольных, совершает еще вращательные перемещения. Жидкостная или газожидкостная смесь, поступая в сквозные перекрещивающиеся каналы 11, "протягивается" через них, По выходе из каналов пересеченные струи подхватываются шаром, движущимся поступательно и вращательно, в результате чего образуется турбулентное движение смеси. Подхватываемая шаром смесь, кроме того, попадает в конусные выемки 12 на его наружной поверхности, вследствие чего создается дополнительная турбул и за ция смеси. В реэул ьтате такой кинематики движения шара и смеси последняя эффективно перемешивается до равновесного состояния в надпоршневом пространстве рабочей камеры 1, что способствует повышению точности исследования. средством насоса 9), температуры Т (посредством термостата 18) и объема Ч (посредством поршня 2), т.е. при различных соотношениях параметров текучей среды, Изменение давления Р измеряют манометром 14, изменение температуры Т - термометром 16, а изменение объема Ч - с помощью указателя 5, соединенного со штоком 4, и измерительной шкалы 6.Повышение эффективности перемешивания исследуемой среды способствует более быстрому и надежному установлению термодинамического равновесия в процессе проведения испытаний, что приводит к повышению точности определения искомых характеристик. Формула изобретения Устройство для определения зависимо- . сти обьема текучих сред от давления и температуры, содержащее корпус стермостатирующей рубашкой, рабочую камеру с размещенным в ней поршнем со сферической рабочей поверхностью, шар в надпоршневой полости и поворотное устройство, закрепленное на корпусе, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения точности определения искомой характеристики путем повышения эффективности перемешивания исследуемой среды, в шаре выполнены сквозные перекрещивающиеся каналы, а на его поверхности - конусные выемки,10 метра к одному масштабу (учесть пропускания делителей волн и газосодержащего 1 р ределяют коэффициенты выравнивания сигналов как отношение сигнала на выходе 20 25 30 35 40 ды частиц в исследуемом газе (электроны сообщают волне отрицательный сдвиг, ато мы - отрицательный либо положительный изависимости от того, в какую сторону, коротковолновую либо длинноволновую, от атомной линии находится частоте электромагнитной волны. Так как Ф изве стен заранее, то для определенности считают Ф О.Функция агссоз неоднозначна, По выражению (3) можно определить только величины р из интервала 0, д ), которые могут 55 отличаться от значения сдвига фазы Ф знаком и целым числом и раз по 2 ж рад:фФ= (+ О+2 л; и, (4) если и О; Кроме того, в устройстве,.содержащем многочастотный источник электромагнитного излучения, оптически связанный с интврферометром, в измерительном плечекоторого установлена емкость для исследу. емого газа, выход интерферометра оптически связан с блоком преобразования электромагнитного излучения в электрические сигналы, выход которого подключен к системе обработки сигналов и управления, применен импульсный четырехчастотный источник излучения с продолжительностью импульса, не превышающей характерного времени изменения концентрации, введены фазовращатель в опорное плечо интерферометра, два светоделителя, один - между источником и входом интерферометра либо в опорном плече, другой - в измерительном плече интерферометра, каждый светоделитель оптически связан со своим блоком преобразования излучения в элект-, рические сигналы, причем в измерительном плече светоделитель расположен между емкостью для газа и выходом интерферометра, каждый блок преобразования излучения выполнен в виде диспергирующего элемента, оптически связанного с.фотоприемниками, число кОторых в каждом блоке преобразования равно числу частот, а выходы всех фотоприемников подключены к системе обработки сигналов и управления.В одночастотной интерферометрии сигнал интерференции О (в относительных единицах) связан с амплитудами А и сдвигами фазы Ф опорной и измерительной волн следующим образом:О= - (дг+д,)+д д соз( Фь - Ф, ),(1)1 г г2где индекс "о" относится к опорной волне, а индекс "и" - к измерительной.Из соотношения (1) получаютФ - Ф = агссозО- ЦА + А )1/(Аод) ) (2)Сдвиг фазы Фс, опорного канала появляется из-за разности оптических путей опор.- ной и измерительной волн. Согласно предлагаемому способу, чтобы исключить из рассмотрения сдвиг, Ф, который при многочастотном способе зависит также от длины волны, оптические пути опорной и измерительной волн в отсутствие частиц устанавливают равными между собой. Тогда Ф= 0 и сдвиг фаз Фм вызывают только частицы, концентрация которых измеряется, поэтому далее для сдвига фаз применяются обозначения без индексов "и" и "о": Ф Ф и.Для определения А и Ачасти энергии электромагнитной волны ответвляют из опорного и измерительного каналов соответственно. Чтобы при определении сдвига фазы учесть уменьшение Аза счет погло; щения волны частицами, в измерительном канале ответвление производят от волны, уже прошедшей сквозь газ.Ответвленные части опорной и измерительной волн формируют сигналы О и О соответственно. Чтобы привести сигналы трактов ответвления и выхода интерферососуда), один из каналов поочередно перекрывают, Измеряют сигнал другого канала и сигнал на выходе интерферометра О. Опинтерферометра к сигналу канала: Ко " О/Оо, Кю = О/Оа соответственно. Процедуру определения коэффициентов достаточно провести только один раз.Ни амплитуда, ни фаза волны в опорном канале не зависит от условий в измеряемом газе, поэтому ответвление из опорного канала можно заменить ответвлением части энергии волны до ее разделения на опорную и измерительную (в устройстве такое ответвление достигается с помощью светоделителя перед входом интерферометра). В этом случае увеличивается (уменьшается) сигнал Ов, который можно назвать нулевым вместо опорного, и соответственно уменьшается (увеличивается) величина коэффициента выравнивания К.С учетом Ко и Кл зависимость между фазами Ф, сигналом интерференции О и сигналами волн О, 0 имеет следующий вид:Ф = агссоз( - (О - КоОо - КиОи) КоКиОоОи) Р)12Из-за четности функции соз сдвиг фаз может быть как отрицательным, так и положительным, Знак сдвига зависит от приро510 15 20 ский клин 4 (фазовращатель), На выходе интерферометра 2 измерительный импульс, пройдя емкость 3 с исследуемым газом, отражается от алюминиевого зеркала 12 и сводится с опорным лучом нэ кварцевой пластинке 13, аналогичной пластинке 11 на входе интерферометра. Интерферирующие лучи разделяются в блоке 5 репликой 6 дифракционной решетки, попадают на четыре пироэлектрических приемника 11 типа МГ. В качестве светоделительных элементов 9 применены ненапыленные кварцевые пластинки. Интерферометр 2 выполнен по равноплечной схеме; Составные элементы интерферометра 2 смещаются механически с тоцностью 0,1 мм. Для более тонкой настройки служит механическое смещение оптицеского клина 4.,Для самой точной настройки и поддерживания базы интерферометра 2 имеется пьезокерамическая пластинка, управляемая устройствомавтоматической подстройки интерферометра (входит в конструкцию системы 8 управления).Плазма образовалась разрядом междуэлектродами в атмосфере водорода. Часть луча одного из лазеров ( Хц= 612 нм) самым коротким путем направляется в межэлектродный промежуток и там фокусируется (иницирует разряд). Остальная часть излучения Лц и /(цпопадает на трубку с паром натрия через линию регулируемой задержки (1,5 в ,10 нс). Таким образом достигается согласование разряда в водороде с импульсом источника 1 и возможность исследования кинетики плотности электронов в интервале времен задержек 1,5 - 10 нс.По сигналам интерференции, сигналамопорного По и измерительного Па каналов, коэффициентам выравнивания Кс, Ки по выражению (3) определены величины (о из интервала О, л 1, которые представлены в таблице. В таблице также приведена последовательность фаз Ф, рассчитанная по выражению (4), Из этой .последовательности выбирают Ф, удовлетворяющие соотношения (5) (подчеркнуты). Это искомые значения сдв.игов фазы.Концентрацию электронов рассчитыва-.ют по выражению (8). Получено, что через 2 нс после инициирования разряда йе = Зх1х 1016 см.2 ачерез 5 нс Не=3.10 см,При ширине разрядного канала 0,05 см конц -.ентрации Ме,(ля этих времен задержки составляют 610 и 610" см.Формула изобретения1, Способ измерения концентрации частиц в газе, включающий формирование пучка многочастотного электромагнитного 25 30 35 40 45 50 55 зондирующего излучения, разделение пучка на измерительный и опорный, пропусканием измерительного пучка сквозь исследуемую среду, установление начального фазового сдвига при отсутствии частиц в.газе, сведение измерительного и опорного пучков, фотоэлектрическую регистрацию сигнала интерференции обоих пучков нв частотах зондирования, определение сдвигов фаз, соответсте ющих частотам зондирования,определение концентрации частиц, о т л и ч аю щ и й с я тем, чтоо с целью повышения точности измерений зэ счет исключения нелинейности показателя преломления газа, применяют четырехчастотный импульсный пучок зондирующего иэлуцения с продолжительностью, не превышающей характерного времени изменения концентрации, начальный фазовый сдвиг опорного пучка устанавливают равным нулю для всех частот зондирования, проводят разделение по частотам сведенных пучков, ответвляют опорный либо исходный и измерительные пуцки,причем в измерительном канале ответвление производят после прохождения исследуемого газа, разделяют по частотамответвленные пучки, затем на каждой частоте регистрируют сигналы интерференции П,сигналы опорного либо исходного По и измерительного каналов ПО, определяют коэффициенты выравнивания сигналов Ко иКи, рассчитывают сдвиг фаз Ф:1Ф= +(р+2 п,если и =0если иО,где го = агссоа - (О - КоОо - КоОо)/12/ККоКц ОоОо,и - целое число,причемФ)Л = Ь/Я для электронов без изменения показателя преломления газа,в( Ф Ь - Ф - Я )//( Ф 4 - Ф( Ь )=ф - ф(4 - Я)для электронов, если изменение концентрации сопровождается изменением показателяпреломления газа%/Ф) =(Ь - Ло) 4 Й)Ф+ (ЛЛ/2 )а )фЛа-Ло) ( (Ь-Ло )а + (ЬЛ/2 )2),для частиц, имеющих резонанс в спектрепоглощения,где 1, ), К,- индексы ФиА для разныхчастотных компонентЬ - длина волны резонанса; ЬА- ширина резонанса.2, Устройство для измерения концентрации частиц в газе, содержащее многочастотный источник электромагнитногоизлучения, оптически связанный с интерферометром, в измерительном плече которогоустановлена емкость для исследуемого газа, 1733973 12выход интерферометра оптически связан с блоком преобразования электромагнитного излучения в электрические сигналы, выход которого подключен к системе обработки сигналов и управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения нелинейности показателя преломления газа, применен импульсный четырехчастотный источник с продолжительностью импульса, не превышающей характерного времени изменения концентрации, введены фазовращатель в опорное плечо интерферометра, два свето- делителя, один - либо между источником и входом интерферометра, либо в опорном плече, другой - в измерительном плече интерферометра, и дополнительные блоки преобразования электромагнитного излучения в электрические сигналы, каждый свето- делитель оптически связан с 5 соответствующим блоком преобразования.излучения в электрические сигналы, причем в измерительном плече светоделитель расположен между емкостью й выходом интерферометра, каждый блок преобразования 10 излучения выролнен в виде,диспергирующего элемента, оптически связанного с фотоприемниками, число которых в каждом блоке преобразования равно числу частот, а выходы всех фотоприемников подключе ны к системе обработки сигналов и управления.1733972 цг ко Составитель В.Марч Техред М,Моргента ец орректо едактор А.Ога венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 о Заказ 1664 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5