Способ определения свободного газа в жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N7/14 

будет малым приращение объема в камере в результате, сжатия , а определение малого изменения объема камеры производится с большой погрешностью, т.е. приращение объема поршня в камере соизмеримо с погрешность отсчета измерения. Кроме того, при сжатии пробы жидкости поршнем (повышении давления в измерительной камере) трудно исключить неконтролируемые утечки жидкости или газа в системе цилиндр-поршень. А эти утечки вносят дополнительную существенную погрешность в определение величины приращения объема поршня в камере в результате сжатия пробы, а следовательно и газосодержания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения свободного газа в жидкости путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем, разделения пробы на газовую и жидкую фаЗЫ и измерения выделившегося газа 2.

Известный способ предназначен для сепарации масла из трансформатора с последующим проведением анализа собранного газа в специальном устройстве. Способ не предназначен для измерения газосодержания, посколку отсутствуют операции по измерению перемещения поршня, а значит и соответствующих объектов. Кроме того, известный способ отделения газа от жидкости не может быть использован из-за низкой степени дегазации жидкости. Это объясняется тем, что в устройстве для его осуществления предусмотрено использование сильфона (который ограничивает перемещение поршня вверх-вниз величиной 15-20 мм) и НсШичием каналов в поршне не позволяется создать такой же перепад между надпоршневой 10 и подпоршневой 8 полостями камеры, какой создается между измерительной камерой и предварительно вакуумированным резервуаром в устройстве для реализации способа.

Целью изобретения является повышение точности измерений малого количества свободного газа в жидкости, находящейся под избыточным давлением

Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения свободного газа в жидкости путем отбора пробы исследуемой жидкости з измерительную камеру с помещенным- в нее подвижным поршнем, разделения пр бы на газовую и жидкую фазы и измерения выделившегося газа, после отбора пробы увеличивают объем измерительной камеры с выравниванием давления в ней до атмосферного, выдерживают пробу жидкости до окончания выделения из нее газа, измеряют объем, измерительной камеры, затем осущ€;ствляют вакуумную дегазацию пробы жидкости и измеряют уменьшение объема измерительной камеры после поднятия уровня жидкости поршнем, по которому определяют объем дегазированной жидкости.

Повышение точности способа достигается за счет того, что измерение промежуточного значения объема измерительной камеры производится при атмосферном давлении. Именно в этой зоне можно с высокой точностью определить изменения объема измерительной камеры и давления в ней так как незначительному изменению давления в измерительной камере соответствует значительное изменение ее объема. При одной и той же абсолютной погрешности отсчета измерения объема относительная погрешность измерения объема камеры при атмосферном давлении в предложенном способе будет значительно меньше , чем при повышенном давлении в известном способе. Погрешность приборов для измерения атмосферного давления значительно меньше, чем у приборов для измерения избыточного давления. Следовательно, погрешность определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа будет меньше.

Кроме того, понижение давления в измерительной камере дт атмосферного исключает утечки газа или жидкости из нее, что также способствует повышению стабильности и точности предлагаемого способа.

Измерение объема дегазированной жидкости непосредственно в измерительной камере исключает погрешность связанную с потерей жидкости при ее транспортироэке в другой измерительный сосуд.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство включает измерительную камеру 1, запорное устройство 2 и 3, краны 4, 5 и 6, поршень 7, уплотнение 8, манометры 9 и 10, термометр 11, предварительно вакуум15рован1; Ый резистор 12, вакуумметр 13 , кран 14, шкалу 15.

А-положение поршня устройства в, исходном положении при отборе пробы исследуемой жидкости, Б-положение поршня при операции увеличения объема измерительной камеры и понижение давления в ней до атмосферного, В-положение поршня при измерении объема дегазированной жидкости.

Определение свободгюго газа в жидкости по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Весь поток исследуемой жидкости при рабочем давлении проходит через градуированную измерительную камеру Г положенне поршня А), объем которой в этом исходном положении равен А . При этом сблокированные запорные устройс ва 2,3 и кран 4 открыты, а краны 5 и б закрыты. Поршень 7 находится в исходном положении. Герметизация поршня обеспечивается уплотнением 8. Маномер 9 и термометр 11 показывают давление в измерительной камере Рр и температуру -Тр .

При необходимости измерения количества свободного газа в жидкости перекрывают запорные устройства , 2 и 3 и фиксируют исходные значения объема камеры V- и давление в камере Рр ,

Перемещая поршень 7, расположенный в нижней части камеры, увеличивают объем камеры до тех пор пока в камере не установится атмосферное давление - PQ (положение поршня Б). Контроль уменьшения давления в камере производится по манометру 9 (например, образцовому), а фиксирование установления атмосферного давления в камере осуществляется (открыв кран 5) по маномеру 10 (например, с помощью жидкостного дифференциального маномера, имеющего более высокую точность измерения), При понижении давления в измерительной камере до атмосферного происходит расширение газа, находящегося в механической смеси с жидкостью. Кроме того, из жидкости выделяется некоторое количество газа, находившегося при рабочем давлении в растворенном состоянии. Поэтому выдерживают пробу жидкости в камере при атмосферном давлении до окончания выделения газа из жидкости (до прекращения изменения давления в измерительной камере) , корректируя по показанию дифференциального маномера 10 положение поршня 7. Затем определяют новое значение объема измерительной камеры - VP (по величине перемещения поршня 7) и температуру в измерительной камере - Tj,. Для измерения объема дегазированной жидкости закрывают кран 4 и к верхней чаети измерительной камеры (во избежании выброса жидкости из нее), подключают предварительно вакуумированный резервуар 12, открыв кран 6. Предварительное вакуумирование резервуара 12 осуществляется вакуумным насосом. При достижении нужной степени разряжения в резервуаре, которая измеряется вакуумметром 13, вакуумный насос отключается от резервуара 12 краном 14.

После окончания процесса вакуумирования пробы жидкости в измерительной камере, определяют объем дегазированной жидкости V непосредственно в измерительной камере (положение поршня В). Объем дегазированной жидкости находят по величине nejpeMeщения поршня 7 при уменьшений ооъема измерительной камеры и поднятию уровня жидкости в ней до определенной отметки на шкале 15.

В диапазоне рассматриваемых давлений (до 1,5 НПа) и газосодержаний (до 5%) приращение объема жидкости за счет растворения газа есть величина бесконечно малая и это приращение в практических расчетах можно не учитывать. Принимая во внимание это обстоятельство и зная градуированный объем измерительной камеры при рабочем давлении Vp , а также измеренный объем дегазированной жидкости V- , можно определить количество свободного газа в жидкости при рабочем давлении по формуле

(I)

W - тк .

где V - объем свободного газа в жид° кости при рабочем давлении, VP - объем измерительной камеры при рабочем давлении,

V - объем дегазированной жидкости .

После отбора объема исследуемой жидкости в измерительной камере при рабочем давлении, состояние свободного газа, находящегося в механической смеси описывается уравнением

(2)

G R-T

ceir

где Р„ - рабочее давление в измерительной камере/

V - объем свободного газа в исследуемой пробе жидкости, G - масса газа; R - универсальная газовая постоянная;Т - температура в измерительной

камере.

При понижении давления в измерительной камере до атмосферного, за счет увеличения ее объема, прои сходит расширение объема свободного газа, находящегося в пробе жидкости. Объем свободного газа в измерительной, камере при атмосферном давлении определяется по формуле

,. -.DL-Ifi-v (,) V.Po . .

где V- объем свободного газа в ™ измерительной камере при

атмосферном давлении;

PQ- атмосферное давление,

Т- температура в измеритель ной камере при атмосферном давлении. Однако при понижении давления в измерительной камере до атмосферного произошло выделение из жидкости , находившегося в жидкости при ра бочем давлении в растворенном состо янии. Объем свободного газа, выдели шегося из жидкости при атмосферном давлении, определяется по формуле Ъ.г. 0 СВ.Г . . , Sir. объем газа, выделившегося из жидкости при атмосферном давлении; V - объем измерительной камеры при атмосферном давлении. Сравнение точности определения свободного газа в жидкости предлагаемым способом и известным способом было проведено расчетным путем. Условия для расчета были следующие : объем измерительной камеры 200 см, рабочее давление, при котором находится жидкость в измеритель ной камере 0,6 МПа. Основная погрешность определения свободного количества газа в жидкости по двум способам бпределяется погрешностью измерения изменения объем камеры. Практически для измерительной камеры объемом Ул 200 см- эта погрешность для двух способов одинакова и равняется 0,05% (т.е. абсолют ная ошибка определения изменения объема камеры равняется iO,l см). При определении свободного газа в жидкости по известному способу увели чения давления в камере, при объеме свободного газа в измерительной камере равном 10 см (газосодержание равняется К -. ,26%) , 200-10 необходимо уменьшить объем камеры на/-10 смЗ. Относительная ошибка определения изменения объема камеры, а следовательно, и количества свободного газ в жидкости будет cf - 100% 1%. При определении свободного газа в жидкости по предлагаемому способу уменьшения давления в камере до атмосферного нербходимо увеличить объ ем измерительной камеры на величину определяемую по формуле (3) (будем считать процесс изотермическим) Сй.гГ см Относительная ошибка определения изменения объема измерительной камеры а следовательно, и количества свобод ного газа в жидкости будет ( OJLllO -0,17% 60 При определении меньшего количества свободного газа, находящегося в жидкости эта разница еще более возрастает. Так если в измерительной камере объем свободного газа занимает объем - 3 см (газосодержание К 1,52%) относительная ошибка определения количества свободного газа будет О,.1.100% 3,33% (извест- отно.„ - - о,. ный способ) (предлагаемый способ). Как видно из приведенных выше расчетов, точность определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа значительно выше (только за счет повышения точности определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа значительно выше (только за счет повышения точности определения изменения объема измерительной камеры). Кроме того, погрешность известного способа возрастает за счет того, что при увеличении давления в измерительной камере трудно исключить утечки жидкости или газа в системе цилиндр-поршень , а в предлагаемом способе эти утечки отсутствуют. Контроль действительного газосодер жания жидкости позволит нормировать допустимое газосодержани жидкости в результате чего повышается точность измерения расхода жидкостей расходомерами, быстродействие силовых гидравлических систем, производительность насосов, повысить точность и надежность результатов испытаний узлов и агрегатов топливной аппаратуры и двигательных установок разных типов. Например, при измерении расхода воды нормальными диафрагмами уменьшение объемного газосодержания воды с 4% до 2% можно в 2 раза уменьшить погрешность измерения расхода. Ожидаемый экономический эффект от внедрения на одном из предприятий составит 250,0 тыс. руб. в год. Формула изобретения Способ определения свободного газа в жидкости путем отбора пробы исслед1емой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем, разделения пробы на газовую и жидкую фазы и измерения выделившегося газа, отличающийся тем, что/ с целью повьпаения точности измерений малого количества свободного газа в жидкости, находящейся под избыточным давлением, после отбора проры увеличивают объем измерительной

;камеры с выравниванием давления в ней до атмосферного, выдерживают пробу жидкости до окончания выделения из нее газа, измеряют объем измерительной камеры, затем осуществляют вакуумную дегазацию пробы жидкости и измеряют уменьшение объема измерительной камеры послеподнятия уровня жидкости поршнем, по которому определяют объем дегазированной nmKodти,

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 328385, кл. G 01 N 33/22, 1968.

2.Заявка Японии I 52-209, кл. 56 В 1, 06.01,1977.

-СИ2

j: