Устройство для измерения поверх-ностного натяжения жидкостей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Рвспублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 160479 (21) 2752917/18-25 (5) ) М. КЛ. с присоединением заявки ¹

С 01 и 13/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытн и (23) Приоритет

Опубликовано 300381. Бюллетень N9 12 (5З) УД (543. 542 .. (088. 8) Дата опубликования описания 300381 (72) Авторы изобретения. (7! ) Заявитель

Ивано-Франковский институт нефти и газа (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к контрольно.измерительной. технике, в частности к измерительным устройствам фиэнкохимических параметров растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), и может быть использовано для автоматического измерения динамического поверхностного натяжения (ДПН) жидкостей, концентрации ПАВ в растворах в лабораторных условиях.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения (ПН) жид-. костей,,основанное на барботажном. методе измерения, состоящее из сасу-. да, заполняемого испытуемой -жидкостью, 15 двух трубок разного диаметра, погружаемых в жидкость на разную глубину и подключаемых к источнику газа и измерительной схемы. Разница глубин погружения трубок составляет 2/3 раз- . 20 ности величин их радиусов. К одной трубке газ подается непосредственно от источника газа, а к другой через соленоидный вентиль таким образом, что при закрытом вентиле газ идет только через одну трубку, а при открытом вентиле — только через другую.

Соответственно попеременно датчик .давления вырабатывает сигналы то большего, то меньшего напряжения и ЗО через амплитудный вольтметр соединен с электрической схемой для получения разности сигналов, являющейся функцией ПН, регистрируемой самописцем.

Точность измерения поверхностного натяжения чистых однокомпонентных жидкостей известным устройством составляет 0,1В f,13.

Недостатком этого устройства при использовании его для измерения ДПН растворов жидкостей является большая погрешность результатов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ПН жидкостей, содержащее пневматическую и электрическую схемы измерения, пневмоэлектрический преобразователь, задатчик времени существования поверхн ости раздела фаз, формирователи большого и малого пневматических подпоров и синхронизатор режима образования пузырьков, в котором капилляр и барботажная трубка установлены на одинаковом уровне в исследуемой жидкости (.2).

Несмотря на то, что выходной сигнал синхронизатора режима образования пузырьков поступает одновременно как на измерительный капилляр, так и барботажную трубку, моменты достижения

1 1ф

И.С. Кисиль, Р.Т; Боднар, М.М. Дранчук и A.Ã. Мальйо

817533 наибольших давлений в них всегда смещены между собой во времени. Это вызванЬ тем, что постоянные времени капилляра и. барботажнОй трубки отличаются из-за различных их конструктивных размеров (внутренние диаметры) и длин пневматических подводящих линий. Кроме того, если и удается достигнуть одновременное образование газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки ручной регулировкой дросселя для одного значения времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и конкретного значения ее поверхностного натяжения„ то для других значений указанных параметров процесс образования газовых пузырьков иэ капилляра и барботажной трубки будет снова происходить не одновремен.но. Это приводит к тому, что дифференциальный .преобразователь не регистрирует разность между наибольшими дав- 20 лениями при образовании газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки, а, следовательно, и к погрешности измерения ДПН. Указанная погрешность достигает 2,5% и во многих случаях не удовлетворяет требованиям . научо-исследовательских лабораторий.

Цель изобретения — повышение точности измерения ДПН жидкостей и растворов ПАВ путем создания одинаковых временных условий образования газо вых пузырьков из двух калиброванных капилляров.

Поставленная цель достигается.тем, что устройство для измеРения повеРхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом пузырьке, содержащее источник питающего газа, два калиброванных капилляра различного проходного сечения, два формирователя пневматичес- 40 ких подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистРирующий прибор, дополнительно содержит соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами

Включения, электронно-релейный блок с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов оди- 50 наково .регулируемой скважности, схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и один выходной электронных ключа и два элемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь через схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элемента памяти, дифференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с Регистрирующим прибором, 60 вход электронно-релейного блока соединен с выходом задатчика времени

1 существования поверхности раздела фаз, выходы раздельно соединены с управляющими входами входных элект- Я ронных ключей и обмотками питания соленоидного вентиля, пневматические входы которого соединены с источником питающего газа, а выходы — с калиброванными капиллярами и формирователями пневматических подпоров.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения поверхностного натяжения жидкостей; на фиг. 2 конструктивная схема соленоидного вентиля.

Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей состоит из источника 1 питающего газа, соленоидного. клапана 2 с двумя раздельно коммутируемыми схемами включения, измерительных капилляров 3 и 4 различного внутреннего диаметра, опущенных в исследуемую жидкость таким образом, что нижний торец капилляра с большим радиусом выходного отверстия находится выше нижнего торца капилляра с меньшим радиусом выходного отверстия г1 на величину Ah

2(r -г )/3. Измерение максимального давления при образовании газовых пузырьков из капилляров осуществляют с помощью дифференциального пневмопреобразователя 5, генератора б синусоидальных электрических колебаний и электрической измерительной схемы 7 со стандартным выходным сигналом. Кроме того, устройство содержит схему 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, задатчик 9 времени существования поверхности раздела фаз, электронно-релейный блок 10 с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных .сигналов .одинаково регулируемой скважности, дифференциальный усилитель 11, регистрирующий прибор 12, электронные ключи 13-15, постоянные и регулируемые дроссели 16-19.

Соленоидный вентиль .(фиг. 2) состоит из корпуса 20, шести соединительных штуцеров 21, двух сердечников

22 с уплотнительными прокладками на торцах, двух катушек 23 и двух пружин 24. При отсутствии питания катушек оба сердечника под действием .пружин герметично разделяют между собой внутренние полости левой, средней и . правой частей вентиля.

Задатчик времени существования поверхности раздела фаз выполнен в виде электронного реле времени, собранного из радиоэлементов отечественного производства и позволяет получать единичные кратковременные релейные импульсы на выходе с интервалом от О, 5 до 600 с с возможными отклонениями т0,05-0,5 с.

Электронно-релейный блок дает возможность получить на двух управляющих выходах смещенные по фазе релейные сигналы одинаково регулируемой . скважности. Длительность релейных выходных сигналов регулируется в диа817533

20 дуемую жидкость таким образом, чтобы нижний торец капилляра с большим g5 внутренним радиусом r находился выше нижнего торца капилляра с меньшим внутренним радиусом г на величину

М = 2(rz -r )/3. -С помощью задатчи ка 9 устанавливают требуемое время существования исследуемой поверхности раздела фаз (фиг. 1). В периоды между импульсами электронно-релейного блока, который срабатывает от кратковременного импульса задатчика времени существования поверхности раздела фаз, часть питающего газа через регулируемые дроссели 18 и 19, с помощью которых мениски исследуемой жидкости в капиллярах- устанавливают в их нижней части, стравливает- 40 ся в атмосферу. Это способствует процессу адсорбции молекул ПАВ на исследуемую поверхность. Кроме того, в эти периоды электронные ключи 1315 заперты, элементы памяти, а так- 45 же запоминающий конденсатор схемы измерения и расширения амплитуды сигналов соединены с корпусом устройства, на вход регистрирующего прибора

12 поступает "нулевой" сигнал.

В моменты, когда на выходе задат-: чика 9 времени существования поверхности раздела фаз появится первый кратковременный импульс,,на выходах и I1! электронно-релейного блока появляются релейные импульсы заданной длительности. С выхода 1 электронно-релейного блока сигнал поступит на открывание ключа 13 и левой обмотки соленоидного клапана 2. В результате перемещения левого сердеч- . 40 ника соленоидного клапана 2 влево произойдет перекрытие выхода питающего газа в атмосферу через дроссель

18 и соединение внутренней полости капилляра 3 с нижней полостью диффе- 65 зарегистрирует наибольшее напряжение, соответствующее максимальному давле- нию в газовом пузырьке, образующемуся и капилляра 4. Это напряжение с выхода схемы через открытый входной электронный ключ 14 с помощью нелинейного импульса выхода II блока 10 поступит на конденсатор С1 и зарядит его до напряжения, пропорционального максимальному. давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 4.

Усиленная дифференциальным усилителем 11 разность напряжений на запоминающих конденсаторах С и С через пазоне от 0,5 до 5 с и должна быть больше времени, необходимого для образования одного газового пузырька из любого капилляра. Собран электронно-релейный блок из радиоэлементов и электронно-магнитных реле ð,ð,р отечественного производства.

Схема измерения и расширения амплитуды импульсов дает возможность измерять (первый каскад), а затем .расширить во времени (второй каскад схемы) на= период длительности управляющих релейных сигналов электроннорелейного блока максимальную амплитуду входного сигнала, пропорционального измеряемому наибольшему давлению в поочередно образующихся газовых пузырьках из капилляров устройства.

Измерение поверхностного натяжения жидкостей устройством осуществляется следующим образом.

Включают электрическое и пневматическое питание устройства и погружают измерительные капилляры 3 и 4 в исслеренциального преобразователя 5. Давление при этом во внутренней полости капилляра 3 резко увеличится до максимального значения, необходимого для образования газового пузырька из выходного отверстия.

Напряжение, пропорциональное давлению при образовании газового пузырька, измеряется с помощью измерительной схемы 7. Наибольшее значение этого напряжения измеряется и расширяется с помощью схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, так как при наличии импульсов на выходе III электронно-релейного блока 10 конденсатор схемы измерения и расширения импульсов отключен от корпуса. Выходное напряжение схемы измерения и расширения амплитуды импульсов поступает через открытый электронный ключ 13 на элемент памяти и запоминается им. Электронный ключ 13 при наличии импульсов на выходе I электронно-релейного блока 10 открыт, а электронные ключи 14 и 15 закрыты. После прекращения импульсов на выходах I u III электронно-релейного блока 10 левый сердечник возвращается в исходное состояние, при этом внутренняя полость капилляра 3 снова сообщается через дроссель 18 с атмосферой, электронный ключ 13 закрывается, запоминающий конденсатор схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов снова замыкается на корпус устройства. Конденсатор остается заряжен до напряжения, пропорционального максимальному давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 3.

При появлении на выходе задатчи-. ка 9 времени существования поверхности раздела фаз второго кратковременного импульса релейный импульс заданной длительности появится на 11 и снова на III выходах электронно-релейного блока. Это приведет к перемещению правого сердечника соленоидного вентиля в правое положение, тем самым перекроется сообщение внутрен ней полости капилляра 4 через дроссель 19 с атмосферой и установится с нижней полостью дифференциального преобразователя 5. Конденсатор схемы 8 измерения и расширения импульсов

817533 открытый в этот момент времени выходной эдектронный ключ 15 поступит на вход регистрирующего прибора 12.

После прекращения. существования импульсов на выходах III u Ii электронно-релейного блока 10 электронная измерительная схема устройства приходит в исходное состояние.

Процесс измерения ПН исследуемой жидкости при появлении двух следую-. щих кратковременных импульсов на выходе задатчика времени существования поверхности раздела фаз аналогичен.

Изменяя установку времени существования поверхности раздела с помощью задатчика 9 возникает возможность измерения дПН исследуемой жидкости или 15 раствора ПАВ во временном диапазоне от 0,5 до 600 с. При этом значение IIH рассчитывают по формуле пузырьке, содержащее источник питающего газа, два калиброванных капилляра различного проходного сечения, два формирователя пневматических подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения динамического поверхностного натяжения путем создания одинаковых временных условий образования газовых йузырьков из двух калиброванных капилляров, оно дополнительно содержит соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами включения, электронно-релейный блок с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов одинаково регулируемой скважности, схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и один выходной электронных ключа- и два элемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь через схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элемента памяти, дифференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с регистрирующим прибором, вход электронно-релейного блока соединен с выходом задатчика времени существования поверхности раздела фаз, выходы раздельно соединены с управляющими входами входных электронных ключей и обмотками питания соленоидного вентиля, пневматические входы которого соединены с источником питающего газа, а выходы — с калиброванньыи капиллярами и формирователями пневматических .подпоров. б

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1. Патент CILIA e 3426584, кл. 73-64.4.

2. Авторское свидетельство

9 603879, кл. G 01 и 13/02, 1975 (прототип).

Формула изобретения

Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом

1 2 где аР— разность максимальных давлений при образовании газовых пузырьков кз капилляров.

Использование новых элементов, с целью поочередного образования газовых пузырьков из двух калиброванных капилляров различного внутреннего диаметра и.установленных на различных глубинах в исследуемой жидкости, а также ихней взаимосвязи в устройстве, дает возможность увеличить точность измерения динамического поверхностного натяжения до 0,53, т.е. дает возможность точнее анализировать прохож4 двние поверхностных явлений в растворах ПАВ во времени, а также точнее изучать процесс достижения равновесного состояния в растворах .и влияние определенных условий и свойств компонентов на его протекание в лаборатор- 40 иых условиях.

817533 г1 (Рис. g

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Заказ 1319/56

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель С. Беловодченко

Редактор !О. Ковач Техред М.Голинка Корректор М» Коста Ю