УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЛЮИДОВ Советский патент 1995 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическому приборостроению и может быть использовано в различных областях науки и техники, где необходимо определять или контролировать физико-химические свойства флюидов, в том числе в нефтяной и газовой, нефтехимической и химической отраслях промышленности, а также в медицине, биологии и других областях.

Известны устройства для ультразвукового контроля биологических жидкостей.

Известно устройство, содержащее корпус, расположенные в нем измерительную камеру и установленные соосно на ее противоположных стенках преобразователи ультразвуковых колебаний.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная нежестким закреплением пьезопластин за счет наличия упругих прокладок между ними и крышками, и невозможность использования устройства для измерения при высоких давлениях.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является устройство для ультразвукового контроля биологических жидкостей, содержащее корпус со сквозным каналом, расположенную в нем измерительную камеру и установленные соосно на ее противоположных стенках преобразователи ультразвуковых колебаний.

Недостатком этого устройства является также низкая точность измерений и невозможность его использования в широком диапазоне давлений и температур из-за нежесткого закрепления преобразователей ультразвуковых колебаний между торцами корпуса и крышками за счет наличия упругих прокладок между ненагруженной поверхностью пьезопреобразователей и крепежными элементами.

Низкая точность измерений обусловлена также тем, что электроды на поверхностях пьезопластин на ненагруженных на исследуемую 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, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 вариант исполнения корпуса с несколькими измерительными камерами; на фиг. 4 и 5 вид сверху и поперечное сечение преобразователя акустических колебаний для устройства с несколькими измерительными камерами соответственно; на фиг. 6 пример исполнения узла I с установкой уплотнительного и прижимного колец.

Устройство содержит пустотелый корпус 1 с отверстием 2 в стенке, закрепленные на его торцах преобразователи акустических колебаний 3 с электродами 4 и 5, образующие с корпусом 1 измерительную камеру 6, и крепежные элементы 7. Каждый преобразователь акустических колебаний 3 жестко закреплен по контуру между торцом корпуса 1 и крепежным элементом 7.

Поверхность каждого преобразователя акустических колебаний 3, контактирующая с исследуемым флюидом, выполнена в виде сплошного электрода 4, а противоположная поверхность преобразователя выполнена в виде электрода 5, соосно измерительной камере 6 и совпадает с ней по диаметру.

В варианте исполнения корпуса 8 размещено более одной (четыре) измерительной камеры 9, электроды 10 для которых выполнены на общем преобразователе акустических колебаний 11. В корпусе дополнительно выполнены четыре отверстия 2, сообщающиеся с полостями камер 9.

При этом измерительные камеры 9 расположены симметрично относительно продольной оси 12 корпуса 8.

Измерительные камеры изолированы от внешней среды эластичной перегородкой 13.

При этом одна из измерительных камер 14 заполнена, например, эталонным флюидом.

В варианте исполнения устройства в каждом крепежном элементе 7 размещены симметрично по окружности юстировочные винты 15.

В варианте исполнения устройства (узел 1, фиг. 6) по периметру каждого преобразователя акустических колебаний 3 установлены уплотнительное 16 и прижимное 17 кольца.

Устройство может быть размещено в автоклаве.

Устройство работает следующим образом.

Электроды 18 на преобразователях акустических колебаний соединяют с измерительным блоком (не показан), измерительную камеру 6 заполняют исследуемым флюидом, при необходимости изолируют от внешней среды эластичной перегородкой 13 и выполняют измерения акустических характеристик флюида.

При возможном появлении искажений АЧХ сигналов производят юстировку преобразователей акустических колебаний 3 с помощью юстировочных винтов 15.

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 из 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 см³. Рассмотрим случай, когда исследуется концентрационная зависимость водных растворов солей (NaCl). 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.

Устройство помещается 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 режимов позволяет существенно снизить требования к термостатированию при дифференцированных измерениях. Для обеспечения относительной точности измерений скорости 10^-4% в водном растворе при 25^оС потребовалась бы термостабильность резонаторной ячейки 6х10^-4оС. При использовании диффеpенциального 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^оС, 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 условияx, 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; использовать один комплект контрольно-измерительной аппаратуры при комплексных исследованиях в широком диапазоне изменения параметров состояния (по давлению от вакуума до сверхвысоких давлений).

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 n измерительными камерами, установленными в корпусе параллельно его продольной оси корпуса, снабжено эластичными перегородками по числу каналов. 1 с. и 5 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЛЮИДОВ, содержащее корпус с отверстием в стенке, размещенную в нем измерительную камеру, закрепленные с помощью крепежных элементов на торцах корпуса преобразователи акустических колебаний с электродами, отличающееся тем, что, с целью повышения 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 преобразователе соосно измерительной камере и совпадают с ней по диаметру. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено n измерительными камерами, установленными в корпусе параллельно его продольной оси, в корпусе дополнительно выполнены n отверстий, сообщающихся с полостями этих камер. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся 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. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что оно снабжено уплотнительными и прижимными кольцами по числу преобразователей, установленными по периметру каждого из них.