Способ измерения вязкости газа

Изобретение относится к области технической физики, в частности к способам измерения вязкости газов, и может найти применение в различных отраслях промышленности и в лабораторной практике. Способ измерения вязкости газов реализуется путем его отбора и заполнения им емкости, пропускания через капилляр при постоянном перепаде давления, измерения времени изменения давления в емкости на заданную величину. При этом дополнительно изменяют объем емкости, измеряют давления до и после дросселя и о вязкости газа судят по произведению давления и времени истечения газа на момент достижения давлением в емкости заданного значения. Техническим результатом является повышение точности и надежности, а также обеспечение возможности проводить анализ газовых сред при давлениях, близких к атмосферному, без использования специальных побудителей расхода газа и регуляторов. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технической физики, в частности к способам измерения вязкости газов η, и может найти применение в различных отраслях промышленности и в лабораторной практике.

Известен способ измерения вязкости газов (см. Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. - Москва.: Недра, 1973. с. 122-126), согласно которому газ с постоянным расходом пропускают через капилляр, измеряют перепад давления на нем, по которому судят о вязкости.

Недостатком такого способа является невысокая точность измерения, связанная с влиянием плотности газа на результат измерений.

Наиболее близким по совокупности признаков является способ измерения вязкости, реализованный в устройстве (а.с. СССР №972325, МПК G01N 11/06), в котором отбирают пробу газа, пропускают его при постоянном перепаде давления через капилляр, измеряют время изменения давления до капилляра на заданную величину, по значению которого судят о величине вязкости.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является недостаточная точность измерения вязкости газа.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем снижения методической ошибки и обеспечения возможности измерения вязкости газа при давлениях, близких к атмосферному.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения вязкости газов путем отбора и заполнения им емкости, пропускания его через капилляр при постоянном перепаде давления, измерения времени изменения давления в емкости на заданную величину дополнительно изменяют объем емкости, измеряют давления до и после дросселя и о вязкости газа судят по произведению среднего давления и времени истечения газа на момент достижения давлением в емкости заданного значения.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ измерения вязкости газа.

Газ на анализ поступает на вход 1 трехходового крана 2, к входу 3 которого подключена емкость 4 переменного объема с поршнем 5. К входу 6 крана 2 присоединены манометр 7, вход 8 крана 9 и камера 10 повторителя давления 11. В камере 10 размещена пружина 12 и винт 13 для ее сжатия. К входу 14 крана 9 подключен вход капилляра 15, вход которого соединен с камерой 16 повторителя 11. В камере 16 размещена пружина 17 и сопло 18, связанная с атмосферой. Поршень 5 снабжен штоком 19. Между камерами 10 и 16 повторителя 11 размещена мембрана 20. К камере 16 подключен манометр 21.

Реализация способа осуществляется следующим образом. В начальный момент времени трехходовой кран 2 переводят в состояние, при котором линия подвода газа на анализ соединяется с полостью емкости 4 переменного объема, поршень 5 в которой занимает крайнее нижнее положение. Кран 9, установленный на входе капилляра 15, закрыт. Отбор газа осуществляют путем перемещения поршня 5 до уровня Н0. Состояние газа, поступившего в емкость 4, описывается уравнением

где Р0 - абсолютное давление газа в емкости 4, имеющей начальный объем V0, после отбора анализируемого газа; Θ0 - количество газа; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура газа.

После этого кран 2 переводят в состояние, при котором емкость 4 соединяется с манометром 7 и камерой 10 повторителя 11. Газ сжимается за счет перемещения поршня 5 с помощью штока 19 до заданного уровня Н1. Объем емкости 4 уменьшится на величину ΔV, а давление Р0 - увеличится на ΔР.

Состояние газа изменится и уравнение (1) примет вид

(P0+ΔP)(V0-ΔV)=Θ0RT,

так как Р0+ΔР=Р - давление в емкости 4 на начало измерений,

V0-ΔV=V, то

Из (1) и (2) на основании закона Бойля-Мариотта, т.е. при условии Θ0RT=const,

Из (3)

Процесс измерения начинается после открытия крана 9 и включения секундомера (на чертеже не показан). Давление Р на входе капилляра 15 в начальный момент времени t0 фиксируют. Анализируемый газ проходит через капилляр 15 в камеру 16 повторителя 11, а далее через сопло 18 в атмосферу. Перепад давления на капилляре 15 в процессе измерения поддерживается на заданном уровне с помощью повторителя 11.

В состоянии равновесия повторителя 11 сила F10=FP10+Fпр12, действующая на мембрану 20 со стороны камеры 10, равна силе F16=FP16+Fпр17, действующей со стороны камеры 16, где FP10=P10S - сила, возникающая при действии давления Р10 на мембрану 20 повторителя площадью S; FP16=P16S - сила, возникающая при действии давления Р16 на мембрану 20 повторителя площадью S; Fпр12=c12Δl и Fпр1717Δl - силы от действия сжатых пружин 12 и 17 с жесткостями с12 и с17, соответственно, при деформации на величину Δl.

В состоянии равновесия

F16=F10 или P16S+c17Δl=P10S+с12Δl, откуда

или

Р10-P16=(с1217)Δl/S.

Величина Δl настраивается при помощи элемента настройки 13 повторителя 11 со сдвигом.

Так как Р1016=const, то расход газа G15 по капилляру 15 с проводимостью α=const

G15=α(Р1016)

будет постоянным, что является необходимым условием для осуществления измерительного процесса.

При истечении газа из емкости 4 давление Р уменьшается. Истечение газа, а следовательно, и процесс измерения, прекращается как только Рзад, где Р - давление в емкости 4 в момент времени tк. При этом фиксируют значения давлений Р10 и Р16 в камерах 10 и 16 повторителя 11, а также время tк. В конце процесса истечения из емкости 4 заданного количества газа ΔΘ=G15Δtк его состояние будет описываться уравнением

Δtк=(tк-t0) - время процесса истечения, при t0=0 Δtк=tк.

Вычитая из (1) уравнение (4) получим

PзадV=G15ΔtкRT, откуда

Расход газа G15 при его ламинарном течении по капиллярной трубке 15 определяется по формуле Пуазейля для сжимаемой жидкости (см., например, Ибрагимов И.А., Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Элементы и системы пневмоавтоматики. - М.: Высш.шк., 1985.)

где d, l - диаметр и длина капилляра 15 соответственно; η - динамическая вязкость газа.

Подставляя значение G15 из (6) в (5), получим

Учитывая, что и - среднее давление на момент времени tк, которое не является постоянной величиной и уменьшается с увеличением времени истечения,

В процессе измерения

поэтому

Суть рассмотренного способа измерения вязкости газа состоит в том, что газ пропускают через капилляр 15, фиксируют давление Р в момент времени t0 и давление Р в момент времени tк, за которое давление в емкости 4 изменится на заданную величину Рзад, после чего измеряют среднее давление на дросселе 15 и время tк, по произведению которых определяют значение контролируемой величины.

Предложенный способ измерения вязкости газа позволяет проводить анализ газовых сред без использования специальных побудителей расхода газа и регуляторов. В предложенном способе отбор газа на анализ может осуществляться при давлениях, близких к атмосферному. В способе исключена методическая погрешность, вызванная изменением среднего давления на концах капилляра. Способ экономичен, его реализация проста, надежна и позволяет повысить точность измерений.

Способ измерения вязкости газов путем его отбора и заполнения им емкости, пропускания через капилляр при постоянном перепаде давления, измерения времени изменения давления в емкости на заданную величину, отличающийся тем, что изменяют объем емкости, измеряют давления до и после капилляра и о вязкости газа судят по произведению среднего давления и времени истечения газа на момент достижения давлением в емкости заданного значения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения вязкости текучей среды. Предложены измерительное электронное устройство (20) и способ получения вязкости текучей среды потока при заданной эталонной температуре.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к технике определения вязкостных свойств жидких сред. Вискозиметр содержит вертикальный калиброванный капилляр, заполненный исследуемой жидкостью.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэродинамическим способам контроля поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической промышленности и энергетике.

Изобретение относится к области микрофлюидики и может быть использовано для создания течения в капле жидкости и перемешивания жидкостей в малых объемах. Предложенный способ заключается в том, что каплю жидкости, в которой нужно создать течение, помещают на горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, в которой возбуждают изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот пьезоэлектрическим преобразователем.

Изобретение предоставляет датчик для расходомера, который может использоваться в различных устройствах для измерений параметров потока, использующих полупроводниковые либо керамические терморезисторы.

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам и устройствам контроля физических параметров: вязкости, электропроводности, плотности, поверхностного натяжения у образцов металлических расплавов.

Настоящее изобретение касается расчета измерительной системой вязкости жидкости, подаваемой с измерительной системы на диагностический анализатор. Способ расчета вязкости жидкости в зонде, предназначенном для аспирации или дозирования, содержащий этапы, на которых: измеряют эталонное давление (Pэт., Pref), представляющее собой давление в измерительном наконечнике при отсутствии дозирования или аспирации.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ оценки термопластичности углей или спекающих добавок включает набивку угля или спекающей добавки в емкость с получением образца, размещение слоя набивки из частиц на образце, нагрев образца с поддержанием при этом образца и слоя набивки при постоянном объеме или с приложением постоянной нагрузки на слой набивки, измерение расстояния проникновения, представляющее собой термопластичность угля, на которое расплавленный образец проникает в полости слоя набивки, и оценку термопластичности образца с использованием измеренного значения.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ подготовки угля для получения кокса включает набивание угля в емкость для получения образца, на который помещают материал, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, нагревают полученный образец и измеряют расстояние проникновения, на которое расплавленный образец проникает внутрь указанных сквозных отверстий.

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей.
Наверх