Способ измерения вязкости газа

Авторы патента:

G01N11/00 - Исследование свойств текучих сред, например определение вязкости, пластичности; анализ материалов путем определения их текучести

Владельцы патента RU 2589454:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ (RU)

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_4н - давление в емкости 4 на начало измерений,

V₀-ΔV=V_4н, 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_4н 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=F_P10+F_пр12, действующая на мембрану 20 со стороны камеры 10, равна силе F₁₆=F_P16+F_пр17, действующей со стороны камеры 16, где F_P10=P₁₀S - сила, возникающая при действии давления Р₁₀ на мембрану 20 повторителя площадью S; F_P16=P₁₆S - сила, возникающая при действии давления Р₁₆ на мембрану 20 повторителя площадью S; F_пр12=c₁₂Δl и F_пр17=с₁₇Δl - 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=(с₁₂-с₁₇)Δl/S.

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

Так как Р₁₀-Р₁₆=const, то расход газа G₁₅ по капилляру 15 с проводимостью α=const

G₁₅=α(Р₁₀-Р₁₆)

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

При истечении газа из емкости 4 давление Р_4н уменьшается. Истечение газа, а следовательно, и процесс измерения, прекращается как только Р_4н-Р_4к=Р_зад, где Р_4к - давление в емкости 4 в момент времени t_к. При этом фиксируют значения давлений Р₁₀ и Р₁₆ в камерах 10 и 16 повторителя 11, а также время t_к. В конце процесса истечения из емкости 4 заданного количества газа ΔΘ=G₁₅Δt_к его состояние будет описываться уравнением

Δt_к=(t_к-t₀) - время процесса истечения, при t₀=0 Δt_к=t_к.

Вычитая из (1) уравнение (4) получим

P_задV_4н=G₁₅Δt_кRT, 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 t_к, 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_4н в момент времени t₀ и давление Р_4к в момент времени t_к, за которое давление в емкости 4 изменится на заданную величину Р_зад, после чего измеряют среднее давление на дросселе 15 и время t_к, 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.

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.

Вискозиметр // 2583957

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

Бесконтактный способ измерения поверхностного натяжения жидкостей // 2583333

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.

Способ создания течения в капле жидкости // 2577799

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.

Датчик расходомера // 2573693

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

Способ и устройство для контроля работы нагревателя электропечи // 2563337

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

Способ расчета вязкости // 2562921

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.

Способ оценки термопластичности углей и коксующих добавок и способ получения кокса // 2562491

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.

Способ подготовки угля для получения кокса // 2559471

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.

Способ определения параметров жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления // 2557680

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.

Способ и устройство для определения плотности, динамической и кинематической вязкости // 2602423

Изобретение может быть использовано в нефтяной, автомобильной, авиационной, машиностроительной отраслях промышленности. С помощью устройства определяются плотность, динамическая и кинематическая вязкость жидкости. Динамическая вязкость определяется по времени набора определенного объема исследуемой жидкости, поступающей под действием постоянного разрежения, создаваемого компрессором, по трубке с известными размерными характеристиками. Кинематическая вязкость определяется по времени истечения этого объема жидкости по той же трубке под действием силы тяжести без создания разрежения. Плотность находится из отношения динамической вязкости к кинематической. Техническим результатом является упрощение и автоматизация определения вязкости и плотности жидкости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Капиллярное устройство для индикатора отображения текучей среды и способ соединения ограничителя текучей среды с капиллярной трубкой (варианты) // 2608062

Капиллярное устройство для индикаторов отображения текучей среды, содержащих ограничитель текучей среды и капиллярную трубку. Ограничитель текучей среды содержит сквозное отверстие малого диаметра. Капиллярная трубка выполнена с возможностью наполнения по меньшей мере двумя несмешиваемыми текучими средами. Ограничитель текучей среды герметично соединен с, по меньшей мере, одним концом капиллярной трубки таким образом с возможностью сообщения внутренней и наружную поверхностей капиллярной трубки посредством сквозного отверстия ограничителя текучей среды. Внутренняя поверхность капиллярной трубки предварительно обработана и является маслостойкой и гидрофобной. Заявляемое устройство обеспечивает повышение степени регулируемости границы раздела или мениска между, по меньшей мере, двумя заключенными в капиллярной трубке текучими средами с предотвращением их смешивания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.

Вискозиметр // 2612049

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно в химической и нефтехимической отраслях промышленности на любых предприятиях и заводах, где вязкость изготовляемых ими продуктов является основным показателем качества. Вискозиметр состоит из стеклянного вискозиметра типа ВПЖ-4 с отсеченными по диагонали коленом и отводной трубкой, герметично соединенного с ним двухходового крана, который герметично соединен со стеклянным шприцем. При этом двухходовой кран выполнен с возможностью переключения системы на стеклянный шприц либо на атмосферу. Техническим результатом является сокращение времени определения кинематической вязкости с одновременным упрощением процедуры измерения. 2 ил.

Установка для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения // 2630192

Изобретение относится к области гидродинамики и может быть использовано при разработке теплообменных аппаратов, использующих эффект начального участка. Установка для идентификации турбулентного начального участка в каналах малого поперечного сечения содержит емкость для исследуемой ньютоновской жидкости и теплообменник, представляющий собой трубопровод, состоящий из нескольких параллельных участков, соединенных между собой. Полость упомянутой емкости соединена с входной частью полости теплообменника, при этом выходная часть полости теплообменника открывается в полость мерной емкости, установленной на высокоточных весах. Полость емкости для исследуемой жидкости дополнительно соединена с выходной полостью компрессорного агрегата, а входная часть полости мерной емкости соединена с выходным патрубком емкости для исследуемой жидкости через полость теплообменника и через полость емкости исследуемой жидкости - с полостью компрессорного агрегата. Технический результат – исключение пульсаций жидкости на замеры. 3 ил.

Стенд для моделирования процессов течения наклонно-направленных газожидкостных потоков // 2641337

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может применяться для исследования газогидродинамических процессов, происходящих в скважинах газоконденсатных месторождений. Техническим результатом является повышение точности и достоверности проводимых на стенде исследований. Предлагаемый стенд, включающий одну горизонтальную трубу в виде последовательно соединенных отдельных секций труб, насос, соединительные трубопроводы, запорные устройства, расходомеры, подъемные агрегаты, содержит дополнительно три горизонтальные трубы, выполненные в виде последовательно соединенных отдельных стальных секций труб, измерительные устройства, блок подачи газа. Барботер установлен на входе в одну из труб. Содержит проточный нагнетатель, вход которого подключен к блоку подачи газа, а выход - к барботеру, накопительную емкость, выход которой через насос соединен с барботером, сепаратор, вход которого соединен с выходом упомянутой трубы, выход для газа сообщен с проточным нагнетателем, а выход для жидкости - с входом накопительной емкости. Секции горизонтальных труб соединены между собой гибкими соединительными элементами. Все трубы имеют разный диаметр и установлены на подъемных агрегатах. 2 ил.

Вязкость среды как инструмент контроля предела обнаружения иммунохроматографических тест-систем // 2645907

Изобретение относится к аналитической химии и представляет собой способ иммунохроматографического анализа. Иммунохроматографический тест основан на взаимодействии конъюгата специфические антитела-коллоидный маркер с определяемым соединением (антигеном) в ходе движения реагентов вдоль тест-полоски. В зависимости от наличия антигена происходит образование специфических комплексов, обеспечивающих окрашивание в аналитической линии теста. Интенсивность окрашивания, а также чувствительность теста напрямую зависят от времени инкубации пробы и коллоидного конъюгата. Значительные возможности по снижению предела обнаружения дает использование мелкопористых, «медленных» рабочих мембран. Сокращение скорости движения увеличивает время специфического взаимодействия и тем самым снижает предел обнаружения системы. Однако часто использование мелкопористых мембран влечет ряд негативных эффектов, особенно при анализе реальных, часто содержащих корпускулярные частицы проб. В таких случаях происходит забивание пор мембраны и полная остановка течения жидкости, а результаты тестирования признаются недействительными. Предложенный подход отличается тем, что для анализа используется крупнопористая мембрана, а для сокращения скорости движения жидкости в пробу вносятся специальные растворы для повышения вязкости раствора, что приводит к увеличению времени протекания вдоль мембраны. Техническим результатом является снижение предела обнаружения аналитической системы. 1 ил.