Способ определения координаты фазового перехода жидкость-твердое вещество и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к теплофи зическим измерениям и может быть испо зовано при исследовании фазового пер хода жидкость - твердое вещество. Известен способ определения коо динаты фазового перехода жидкость твердое вещество, основанный на яв лений отражения ультразвуковых колебаний на границе раздела сред с разными волновыми сопротивлениями, согласно Которому на исследуе1мую среду воздействуют ультразвуко регистрирую отраженную звуковую волну и по дифракции или интерференции звуковых колебаний в массе вещества определяют границу фаз Cl Известно устройство, реализующее данный способ, содержащее источник излучения, регистратор отраженного сигнала, узел сравнения и регистрирующий прибор С23. Недостатком данных способа и устройства является то, что в веществах, не изменяющих своей плотности при фазовом переходе, доля отраженной энергии на границе раздела фаз мала, что приводит к низкой их чувствительности. Кроме того, при исследовании ве ществ, находящихся в сосудах с внутренними перегородками, выступа ми и другими конструктивными элеме тами, отражение звуковой волны от конструктивных элементов снижает достоверность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения координаты фазового перехода жид кость - твердое вещество, заключающийся в измерении количест ва индикаторной жидкости или газа внутри помещенного в исследуемое вещество эластичного сосуда и определении по этому количеству координаты фазового перехода. Известный способ применяется для измерения глубины промерзания и оттаивания грунтов и реализуется в устройстве, содержащем трубку с водой, элас тичный сосуд и измеритель количества индикаторной жидкости или газа. По мере промерзания грунта вода, находящаяся в трубке, замерзает, что увеличивает ее объем и вытесняет из эластичного сосуда соответствующее количество индикаторной жи кости, по которому определяют коорд нату фазового перехода СЗЗ. Недостатком известных способа и устройства является невозможность проводить измерения в веществах, не изменяющих своей плотности при фазовом переходе. Цель изобретения - обеспечение анализа веществ, не изменяющих пло ности при фазовом переходе. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения координаты фазового перехода жидкость - твердое вещество, заключающемуся в измерении количества индикаторной жидкости или газа внутри помещенного в исследуемое вещество эластичного сосуда и определении по этому количеству координаты фазового перехода, перед измерением количества индикаторной жидкости или газа сжимают эластичный сосуд, а затем подают внутрь эластичного сосуда индикаторную жидкость или газ до восстановления его первоначальной формы в зоне жидкой фазы исследуемого вещества и измеряют количество поступившей в эластичный сосуд индикаторной жидкости или газа. Устройство для, определения координаты фазового перехода жидкость твердое вещество, содержащее трубку, эластичный сосуд и измеритель количества индикаторной жидкости или газа, снабжено тарированной емкостью и клапанным узлом, трубка выполнена перфорированной и установлена внутри эластичного сосуда, а тарированная емкость сообщена с измерителем количества индикаторной жидкости или газа и через клапанный узел - с трубкой . Поскольку твердое вещество препятствует восстановлению первоначальной формы эластичного сосуда, количество индикаторной жидкости или газа, вместившееся в эластичный сосуд, однозначно определяет, на какой длине эластичный сосуд окружен жидкой фазой исследуемого вещества, т.е. координату фазового перехода жидкость - твердое вещество. При дренировании индикаторной жидкости или газа из эластичного сосуда последний под действием внешнего давления снова сжимается, принимая исходное положение для последую щего измерения, что дает возможность проводить измерения многократно по мере перехода вещества в жидкое или твердое состояние. Предлагаемый способ осуществляют при исследовании процесса отвердевания и расплавления, например, парафина в цилиндрической металлической емкости диаметром 2 м при изменении температуры окружающей среды в диапазоне 50 - (т.пл. парафина 35°сД, Для чего в емкость с жидким парафином вводят закрытую с одного конца тефлоновую трубку диаметром 4 мм и длиной 1 м, надувают емкость до избыточного давления (1 кгс/см и этим давлением сжимают тефлоновую трубку. Затем сообщают трубку с уровнемером, заполненным водой под избыточным давлением 1,1-1,3 кгс/см, подают в тефлоновую трубку воду и с помощью уровнемера измеряют количество воды, вместившейся в трубку. Тефлоновая трубка под действием давления воды восстанавливает свою форму в зоне жидкого парафина, в зоне отвердевшего парафина последний удерживает трубку в сжатом состоянии. По тарировочному графику, зная количество поступившей в трубку воддл, определяют координату фазового перехода, после чего дренируют воду из трубки, при этом трубка опять сжимается.

Измерения координаты фазового перехода производят многократно по мере отвердевания и расплавления всей массы парафина в емкости.

Устройство для определения координаты фазового перехода жидкость твердое вещество представлено на чертеже .

Устройство состоит из жесткой перфорированной трубки 1, установленной внутри эластичного сосуда 2, тарированной емкости 3, клапанного узла 4 и измерителя 5 количества индикаторной жидкости или газа. Устройство устанавливают в емкость 6 с исследуемым веществом 7.

Измерение координаты фазового перехода жидкость - твердое вещество производят следующим образом.

Под действием давления исследуемого вещества 7 эластичный сосуд 2 сжимается вокруг трубки 1. В зто время клапанный узел 4 сообщает трубку 1 с дренажной полостью. Емкость 3 через клапанный узел 4 заряжается до необходимого давления индикаторной жидкостью или газом. Для измерения емкость 3 через клапанный узел 4 сообщается с трубкой 1.

Если при этом исследуемое вещество находится, например, на участке а--5 в жидкой фазе, а на участке 6 - и в твердой фазе, то эластичный сосуд 2 на участке « - 5 под действием давления индикаторной жидкости Или газа принимает первоначальную |форму, вытесняя жидкую фазу исследу:ёмого вещества,а на участке € -в остается сжатым,ограниченным твердо фазой исследуемого вещества. Количево индикаторной жидкости или газа, поступившей в сосуд 2, зависящее от соотношения длин участков «-5 и S - в , регистрируется измерителем 5.

Технико-экономическая эффективность предлагаемых способа и устройства состоит в том, что по сравнению с базовым объектом они обеспечивают измерение координаты фазового перехода жидкость - твердое вещество любых веществ, в том числе не изменяющих своей плотности при фазовом переходе. Предлагаемое устройство за счет перфорации жесткостей трубки позволяет вести измерения независимо от направления расплавления или отвердевания ( от стенки емкости или из массы вещества) , что создает дополнительные преимущества перед известным, не обеспечивающим измерения при оттаивании воды в нижней части устройства так как ледяная пробка в верхней его части пережимает эластичную трубку, препятствуя перетеканию индикаторной жидкости.

1. Способ определения координаты фазового перехода жидкостьтвердое вещество, заключающийся в измерении количества индикаторной . жидкости или газа внутри помещенного в исследуемое вещество эластичного сосуда и определении по этому количеству координаты фазового перехода, отличающийся тем, что, с целью обеспечения анализа веществ, не изменяющих плотности при фазовом переходе, перед измерением количества индикаторной жидкости или газа сжимают эластичный сосуд, а затем подают внутрь эластичного сосуда индикаторную жидкость или газ до восстановления его первоначальной формы в зоне жидкой фазы исследуемого вещества и измеряют количество поступившей в эластичный сосуд индикаторной жидкости или газа. 2, Устройство, содержащее трубку, эластичный сосуд и измеритель количества индикаторной жидкости или газа, отличающеесяс тем, что оно снабжено тарированной ® емкостью и клапанным узлом, трубка (Л выполнена перфорированной и установлена внутри эластичного сосуда ,а тарированная емкость сообщена с измерителем количества индикаторной жид- д кости или газа и через клапанный узел - с трубкой. 00 со со СП