Устройство для определения физических свойств жидкостей и газов

Изобретение относится к области приборостроения и монет быть использованодзтя прецизионных измерений физическим свойсты фшоидов при внсошлх давлениях в нефтяной,газовой, машиностроительной ЩЮЬЬШШЭННОСТЯХ, медщине, биологии и т.д.ИЗВСТНО УСТРОЙСТВО ВЫСОКОГО ДЗВПЭНИЯ, содержащее ЗКУСТИДЭСЪШЮ киллеру С пере менной базой и пресс с порпшем, объединенные ошшм щправличесшш узлом РИ/Ьуддт1991, 705 29, татд, р. 1 О 8/. Соединение поршня с штативом перемещений позволяет определить расстояние, на которое перемещается поршень, изменение объема исследуемой жидкости под давлением, ее плотности и изотермической сжимаемости.Недостатком устройства является низкая точность определения указанных характеристик.Наиболее близким, по сути к защищаемому является ультразвуковое устройство для контроля параметров лмпкостей Авторское свидетельство СССР НЕ 1226279, кл. С 01 29/00, 1986/. Устройство состоит из камеры высокого давления с поршнем и ультразвуковых пъезопреобразователей, размещенньш снаружи корпуса, блока нагружения, измерителя перемещеътий, электронного блока возбундештя шлпульсньш сигналовмх приема, обработчик и регистрации данных.Недостатками устройства является низкая точность определения акустических параметров, плотности и смлаемости.Существенным недостатком перепахал-ты устройств является их низкая точность огтределения ковкий/клиента изотерьллческой стлаемости. Эю резко снилкает директивность акустических методов и не позволяет надежно их использовать для определет-пля тепло физических свойств флюидов, таких, как иэобарная Ср и изохорная С теплоемгсости, т.к. отношение Ср/С (/турПри высокой точности определения скорости ультразвука точность определения ковшика/тента сжимаемости и теплоемкостей, определяется точностью определения плот ности и объема и их измерений от давления и температуры.Задача, на решение которой направлено изобретение - повьшление точности и разрешающей способности измерений физических свойств флюидов г 1 ри различных Р/Т /Р далекие, / объем, Т - температурамДля этого в устройстве для определения флзичесшж свойств жггдкостей и газов,содержащем корпус с выполненной в нем измерительной камерой, установивший в камере поршень, преобразователь колебаний и блок возбуждения и приема сигналов, регистрации и обработки Даш-ш, согласно изобретению, глэеобразователь колебаний установлен внутри измерительной камеры с образованием двух измерительных ячеек с постоянной и переменной базами.Во всех случаях использования изобретения названной совокупности существенны признаков достаточно, т.к. излучение пьезокристалша в ячейку с постоянной акустической базой позволяет определять скорость и поглощеъше звука, а в ячейку с переменной базой перемещение поршня. Расстояние, на которое перемещают поршень, определяют или по времени прохощдег-мя сигнала, или по длине волны и частоте, и/или считая число полуволн, укладывается в расстояние от кристалла до отражающей поверхности поршня. Такое расположение преобразователя колебаний позволяет с помощью поршня совместить фуншлаю создания давления с прецизионньм измерением, перемещения,изменения объема, плотности, изотермкичесгсой снкимаемости, скорости и поглощения ультразвука, определения изобарной и изохорной теплоемкости, козфршента теплового расгпирения и др. теплофизических свойств, тетлюшип-гаъмчеогш фушцигй и потенциалов и т.д. кроме того, с помощью поршня компенсируют изменение обьеш в различе н ных РУТ-условиях.Использование одновременно с ячейкой постоят-шей базы, ячейлм переменной базы,позволяет также существенно расимрить возможности устройства при измерениях коэффлцтлента затухания звука. Возбуждение при этом непрерывных ъюлебаний и гроведение измерений в резонаторном решив позволяет определить перемещение, а отсюда и изотермическую сжимаемость, по измерениям частоты колебаний, т.е. с большой точностью.Выполнение измерительной камеры полным объемом, много болыпим величины его4 связанных с изменением объема-плотности, сжимаемости, козфф/пмента теплового рас ширения и т.д. Это следует из того, что точность их определения обусловлена также отношением объемом ячеек с переменной и постоянной базами, отношениемл Й 1/. валяет также использовать устройство и по другим назначениям, например, как преци зионный измеритель температуры.Однако, объем камеры целесообразно назначать, исходя из его оптимального зна- йчения определяемого требуемой точностью измеряемых вешачглн. Чрезмерное увеличение объема усложняет системы создал-пая и поддержания давлеъшя, увеличивает его габари тьг и металлоемкость.Выполнение ячеек оообшаюгциъмся позволяет иметь в них идентичные условия, упрощает устройство и повышает егонацежность.Выполнение поршня с больпмм диаметром, чем шааьлетр излучающей в сторону поршня поверхности преобразователя колебаний позволяет уменьшить щцрашмошшхе искажения сигнала.Размещение поскользяхцей посадке в канале между поршнем и преобразователем колебаний поршневого вклацьлпа повышает надежность герметизации устройства за счет притертости поверхностей вкладыша и канала и возможности дополнительно угшотнить поршень, т.к. роль отражателя выполняет вкладыш и посадочные требования к поршню существенно упрощается., Это расширяет и возможности устройства при исследованиях в более пмроком ш 4 а пазоне изменений давления и температуры. Указанное размещение вкладыша одновременно повьшгает точность измеренигй, т.к. гарантирует параллельность отражающей поверхности вкладыш и излучаюгцей поверхности преобразователя колебаний. Этого трудно добиться с помощью отражающей поверхности уплотненного поршня, поскольку она будет неизбежно оттшоняться от требуемого положения из-эа влияния уплотнений /или сальников/.Вьшолнег-ме противоположного торца поргштевого укпацыша вогнутьш внутрь телавкладьпла ДОПОПНИТЭПЬНО герметизирует измерительную камеру при УЕЗТШЧВЪПЛИ ДЭЫЖЭНИЯ3134 5 И ГЮЭКТИЧЭСЪЩ, ПОЛНОСТЬЮ ИСКЛКНЗЭТ ВОЗМОЖНОСТЬ ВЛИЯНИЯ ДВУГШ, кроме ОСНОВНОЙ, ОТ раиенньш волн.Заполнение пространства мещду поршнем и въшапьшдем флюидом с большим мопулем упругости, чем исследуемый флгоид, позволяет более эффективно осуществлять передачу давления в измерительную камеру с помощью основного поршня. Выбор фшщищов несмелмвалоилллися уменьшает вероятность глроникъховех-мя их в зазор менщу вгшацкьлнем и поверхностно корпуса.Уплотнение поршня повышает точность измерений и надежность устройства и одновременно расилгряет диапазон достигаемых давлений.Устройство содержит корпус 1, гредставлягалулй собой сосуд шсокого давления,в котором на держателе 2 с отверстиями З с помощью крепежного элемента 4 установлен преобразователь колебаний 5 /в данном примере пьезокристадш ниобата лития среза У-З 6/ таким образом, что образует две измерительные ячейки с постоянной 6 и переменной 7 акустическими базами. Для создания давления в измерительных ячейлоах служит поршень 8 с отраэваюлцей ультразвуковые волны поверхностью 9, вьшодхнеълньлй с алементом корпуса 1, в котором он двинется, как плунжерная пара. Через отверстие 10 камеру для измерений заполняют флюидом. Камера снабжена датчиками давления 11 /нап ример, мангал-пиковым манометром/ и температуры 12 /например, термопарой/р соединенными через электровводы /не показанъм, выпотшешгьш в крышке 13, с электронным блоком воэбундеълля и приема сигналов, регистрации и обработки данных 14. С блоком 14 такие через злектровводы соединены электроды, вьлтогшешше на поверхности пьезокристалла 5 /не показаны, на крьцике 13 выполнена отражающая поверхность 15, параллельная излучающей поверхности пьезокристалша 5.Измерительные ячейки 6 и 7 могут заполнять как одним и тем не, подлежащим исследовании) флюидом, так и исслепуешьл и например, эталонньм флюидом. При этом давление из ячейпш 7 передается в ячейку 6, например, через упругий элемент /не пока зан/, перенрываюшпй отверстия 3 и разделяющий фшщды. В этом случае нет необходи