Пьезометр переменного объема Советский патент 1985 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к устройствам для проведения исследований физических свойств веществ, в частности к устройствам для измерения удельных объемов (плотности, сжимаемости) жидкостей и газов.

Цель изобретения - расширение диапазона изменений в области высоких давлений.

Поставленная цель достигается тем, что пьезометр переменного объема снабжен второй измерительной трубкой, расположенной параллельно первой и образующей с ней замкнутый контур сообщающихся сосудов, причем одна из трубок установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси и снабжена смотровым окном высокого давления.

Введение второй измерительной трубки со смонтированным окном, необходимо для обеспечения фиксации уровня ртути в первой трубке. Установление второй трубки параллельно первой необходимо для поддержания постоянства зеркала наблюдаемого мениска ртути.

Установка прозрачной трубки подвижной с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси обеспечивает контроль за уровнем ртути в первой измерительной трубке.

Исходя их прочностных характеристик прозрачного материала, например, оргстекла, работающего в диапазоне высоких давлений, прозрачная трубка выполняется в виде короткой втулки, разгруженной от внутреннего давления путем запрессовки ее в металлический цилиндр со сквозным отверстием для визуального наблюдения. Такой узел устройства, называемьй смотровым окном, позволяет использовать прозрачную трубку в диапазоне высоких давлений. Наличие сквозного отверсти в металлическом цилиндре позволяет контролировать уровень ртути в прозрачной втулке. Совмещение сквозного отверстия цилиндра с оптической системой катетометра дает возможность фиксировать уровень ртути,, а жесткая связь цилиндра с кареткой катетометра обеспечивает постоянство взаимного расположения отверстия относительно оптической системы, что позво ляет использовать измерительную линейную шкалу высокоточного прибора катетометра в качестве системы отсчета, исключает влияние поверхностного натяжения, неравномерности внутреннего сечения прозрачной трубки на результаты измерений. Из-за ограниченны размеров прозрачной втулки в ходе измерений уровень ртути уходит за границы видимости втулки. Для расширения границы видимости прозрачная трубка делается подвижной относительно металлической трубки за счет введения гибкой связи, например металлических трубок. Такая система из двух измерительных трубок позволяет контролировать перемещение ртути в широких пределах порядка 600-1000 мм. Указанная совокупность отличительных признаков необходима и достаточна для проведения измерений с высокой точностью в диапазоне высоких давлений.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Все узлы зкспериментальной установки и соединительные трубки выполняются из механически прочного материала (например, металла). Измерительный сосуд 1 через соединительную трубку 2 связан U-образно с измерительной трубкой 3, смотровое окно высокого давления 4 и измерительная трубка 3 образуют между собой посредством гибких трубок 5 и 6 замкнутые в контур сообщающиеся сосуды. Так как оба колена этих сообщающихся сосудов имеют одинаковые диаметры и заполнены одинаковыми жидкостями, мениски ртутив них будут всегда устанавливаться на одном уровне. Гибкие трубки 5 и 6

обеспечивают возможность свободного перемещения смотрового окна оси измерительной трубки, что позволяет визуально фиксировать положение мениска ртути в ней.

Для Измерения величины перемещений мениска ртути в измерительной трубке смотровое окно жестко крепится к измерительной системе катетометра 7.

Обе трубки через вентиль 8 и трубку 9 подсоединены к системе создания и измерения давления. Резервуар с ртутью 10, соединенный трубками 11 через вентиль 12 с дном измерительного сосуда 1, служит для изменения его рабочего объема. Вентиль 13 используется при заполнении (сливе) пьезометра исследуемым веществом. Измерительньш сосуд заполнен исследуемым веществом 14 и ртутью 15, выполняющей роль жидкометаллического поршня, свободно перемещакщегося при изменении объема исследуемого вещества. При изменении параметров состояния объем исследуемого вещества в измерительном сосуде изменяется. Эт приводит к изменению уровня ртути в нем и соответственно в измерительной трубке. Измеряя величину перемещения мениска ртути, в измерительной трубке определяют изменение объема исследуемого вещества в измерительном сосуде. Для этого при начальных параметрах состояния мениск ртути визуально фиксируют в смотровом окне и совмещают его с визирной линией шкалы катетометра. По шкале катетометра делают первый отсчет, фиксирую щий нулевое положение мениска ртути в измерительной трубке hx р. При других заданных параметрах состояния мениск ртути исчезает из поля зрения смотрового окна. Перемещая смотровое окно вместе с кареткой катетометра, вновь совмещают мениск ртути с визирной линией шкалы катетометра и делают новый отсчет положения мениска ртути в измерительной трубке -hj. р. Произведение площади сечения трЖ 2 на величину перемещения мениска ртути в измерительной трубке (h р) дает величину совместного изменения объема исследуемого вещества и балластного объема пьезометра при изменении параметров состояния. Общий объем пьезометра . складывается из полезного объема, занятого исследуемым,веществом , и балластного , включающего в себя объем ртути соединительных и измерительных трубок, смотрового окна,вентилей и т.п. Для исключения влияния последнего измерение проводят в два этапа. 1 этап. Полезный объем пьезометра при. начальных параметрах t , р. раве о о ,РО Г70Л . Общий объем пьезометра пр начальных параметрах состояния равен

(4,P;nbe; 4,.,P, (1) 50

Соответствующее положение мениска ртути в измерительной трубке -h р. Измерения проводят по изотермам, tg, t , t, ..., изменяя давление от 55 р до р. При изменении параметров состояния вследствие изменения объема исследуемого вещества и балластового

4lU

(4)

+erV

io.P.

Повторяем измерения при тех же параметрах состояния, что и на первом этапе, фиксируя положения мениска ртути в измерительной твубке при ,Р, и при . Общий объем пьезометра при параметрах t ,

равен 244 объема пьезометра мениск ртути в измерительной трубке перемещается и занимает положение отсчитываемое катетометром -h р. Общий объем пьезометра при параметрах t , р Р ). . р (2) П)П ьеЗ tniPn сел Изменение общего объема пьезометра при изменении параметров состояния РО Д° описывается соотношением:1.(У4„,р-у1,.),.„.(у5„,р„-у1о,Р,)п.« KJ...p..-i. -Цз, РО t п где hf-hJ - изменение положения 0 ниска ртути в измерительной трубке вследствие изменения температуры от tg до tj при постоянном начальном давлении р , hp -hp - изменение положения менис ка ртути в измерительной трубке вследствие изменения давления от р до р при заданной температу,Р® п Изменяем полезный объем пьезометра ° io ,Ро .Pc- Д я этого закрываем вентиль 8, сосуд 10 поднимаем выше сосуда 1, последовательно открываем вентили 12 и 13. Ртуть из сосуда 10 перетекает в сосуд 1, вытесняя из него часть исследуемого вещества, которая через вентиль 13 собирается в бюкс и взвешивается. Масса вытесненной жидкости М при начальных параметр занимает объем. pax состояния t равный: ,,Po, II этап. Полезный объем пьезометра Р начальных.параметрах состояния -oiPo Общий объемпьезометра при начальных параметрах состояния равен ,PnW(4,,PnИзменение общего объема пьезомет ра при изменении параметров состояния от tj ,pjj , до t, р, описываетс соотношением: , vJ(Vt„,p„-Vь.P„)„,, (6) ьГо5. ioP/P p. -t. При изменении параметров состояния от tp, р до t, р независимо от величины полезного объема пьезометр термическое и барическое изменение его балластного объема одинаковы. Поэтому вычитая AV из дУ при оди наковых параметрах состояния, мы ис ключаем из вклад в изменение общег объема пьезометра и получаем величину, на которую изменяется объем исследуемого вещества массы М при изменении параметров состояния от ,(,, -(,р t,,P/nec, )p./()J vi Q-Vi л и Vj. p-V г 0 объ tofPc вещества массы соответственно при раметрах tpp и t, р (дН,)р() -(hVhIo) ,(f.p) (hp, -hp, ),-(h:,-Пр ) ± ti Разделив выражение (7) на массу М, получаем ,, .) V р и р - удельный объем исследуемого вещества соответственно при параметрах t ,р и t, р . С учетом поправки на термическое и барическое изменение объема ртути в пьезометре при изменении параметров состояния выражение (8) перепишется в виде: v Р у, р + K(iHAt)p п|Гп toiKa рТ ftt; где k Pt.,Po .,РС -fin-P. плотность ртури соответственно при параметрах Согласно РП п РО щей теории ошибок максимальная относительная погрешность измерения удельных объемов предлагаемым пьезометром оценивается в 10,03%.

ПЬЕЗОМЕТР ПЕРЕЖННОГО ОБЪЕМА, содержащий измерительный сосуд, нижняя часть которого сообщена с вертикальной измерительной тру око/:, заполненной исследуемым ве : естно ; i-i а ю щ и ртутью, о т л и тем, что, с делью расширения диапазона измерений в области высоких давлений, устройство снабжено второй измерительной трубкой, расположенно параллельно первой и образующей с ней замкнутьй контур сообщаюшихся сосудов, причем одна из трубок установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси и снабжена смотровым окном высокого давления.