Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам физико-химических параметров на границе раздела жидкость-газ и жидкость-жидкость и может найти широкое применение для определения поверхностного натяжения методом объема капли в химической и нефтехимической промышленности. Цель изобретения - повышение точности определения поверхностного натяжения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости. В устройство, содержащее шприц для исследуемой жидкости, калиброванный по наружному диаметру капилляр, микрометрическую головку, электрический привод, светоэлектронную систему регистрации момента отрыва капли от торца капилляра, дополнительно включены функционально соединенные между собой блок стабилизированного напряжения, управляемый генератор сигналов ниспадающего экспоненциального напряжения, повторитель, сумматор, усилитель мощности, одновибратор, счетчик импульсов, таймер и задатчики начального и конечного значений напряжений питания управляющей обмотки электрического привода, обеспечивающие экспоненциальное уменьшение скорости подачи жидкости в капилляр, что обеспечивает минимальную скорость изменения объема капли в момент отрыва и снижает разброс значений объема капель. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (504 1 01 N 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21). 4343868/24-25 (22) 15.12.87 (46) 23,09.89. Бюл. К 35 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) И.С.Кисиль (53) 543.542(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 735970, кл. G 01 N 13/02, 1977.

Щеголев Г,Г, и др. Прибор для измерения низких величин межфазного натяжения методом определения объема капли. — Коллоидный журнал, 1984, 11 2, с. 388-391. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ (5 7) Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам -физико-химических параметров на границе раздела жидкость — газ и жидкость— жидкость и может найти широкое применение для определения поверхностного натяжения методом объема капли в химической и нефтехимической промьппленности. Цель изобретения — повышение о Изо брет ение о тыосит ся к контрольноизмерительной технике, в частности к измерительншм устройствам в области физико-химических исследований поверхностных свойств на границе раздела жидкость — жидкость или жидкость—

Э газ, и может быть использовано в химической и нефтяной промышленности

:при разработке смесей для интенсификации добычи нефти.

2 точно сти определения но верхностного натяжения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости. В устройство, содержащее шприц для исследуемой жидкости, калиброванный по наружному диаметру капилляр, микрометрическую головку, электрический привод, светоэлектронную систему регистрации момента отрыва капли от торца капилляра, дополнительно включены функционально соединенные между собой блок стабилизиро-. ванного напряжения, управляемый генератор сигналов .ниспадающего экспонен- . циального напряжения, повторитель, сумматор, усилитель моцности, одновибратор, счетчик импульсов, таймер и задатчики начального и конечного значений напряжений питания управляющей обмотки электрического привода, обеспечивающие экспоненциальное уменьшение. скорости подачи жидкости в капилляр, что обеспечивает минимальную скорость изменения объема капли в момент отрыва и снижает разброс значений объема капель, 1 ил.

Целью изобретения является повышение точности определения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости, На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит калиброванный по наружному диаметру (например, 5-12,мм) капилляр ), внутренний объем которого сообщен с шприцом 2 для ис 3 150967 следуемой жидкости, .преобразователь

3 вращательного движения в. поступательное, механически связанный с мик— рометрической головкой 4 и электро5 приводом 5 с регулируемой частотой вращения, Капилляр 1 расположен в сосуде 6 для приема отделившихся капель. Вблизи торца капилляра 1 в сосуде 6 размещены источник 7 света и фотоэлемент 8, которые включены в цепь запуска одновибратора 9, выход которого подсоединен к счетчику 10 импульсов. Выход счетчика 10 импульсов подсоединен к управляющему Sxopy 15 таймера 11, На выходе блока 12 питания устройства установлены задатчики начального 13 и конечного 14 напряжений питания управляющей обмотки электропривода 5, выполненные в виде 20 переменных сопротивлений. Выходное напряжение задатчнков контролируют с помощью переключателя 15 вольтметром 16. Выход задатчика 14 подсоединен к первому входу сумматора 17, а 25 к второму входу сумматора 17 через коммутационный элемент 18 и повтори- тель 19 подсоединены выход задатчика 13 и выход генератора 20 ниспадающего экспоненциального напряжения. 30

Выход сумматора 17 подключен к управляющеи обмотке электропривода 5 через усилитель 21 моцности, На выходе блока 12 питания установлено реле 22, контакты которого блокируются кнопочным выключателем 23, Последовательно с реле 22 включены контакты реле 24, которое .установлено на выходе таймера 11.. К выходу одновибратора 9 подсоединено реле 25, 40 контакты которого включены в цепь запуска генератора 20 и блокированы кнопкой 26. Таймер 11 снабжен кнопкой 27 сброса показаний. kIa выходе сумматора 17 установлен тумблер 28. .45

Устройство работает следующим образом.

Заполняют шприц 2 исследуемойжидустанавливают капилляр 1 и 50

1 после выдавлив;шия нескольких капель устанавливают шприц в устройстве таким, образом, чтобы шток шприца 2 через преобразователь 3 был в подпружиненном контакте с микрометрической головкой 4, а капилляр находился в сосуде 6 с исследуемой жидкостью в строго вертикальном положении. В непосредственной близости от торца ка1 4 пилляра 1 устанавливают источник 7 света и фотоэлемент .8.

В исходном состоянии органы управления устройства должны находиться в таком состоянии: тумблер 28 отключен, коммутационный элемент 18 в нижнем положении, переключатель 15 в произвольном положении, контакты реле 22 и 25 в разомкнутом состоянии, контакт реле 24 в замкнутом состоянии, обмотки реле 22, 25 и 24 обесточены. Включают блок 12.питания, при этом на его выходе появляется стабилизированное напряжение + 15 В, которое используется для питания всех блоков устройства, для питания обмотки электропривода 5, для питания источника 7 света и для питания обмоток реле. Нажимают кратковременно кнопку кнопочного выключателя 23, срабатывает реле 22, которое своим контактом самоблокирует ся, В результате этого на задатчики

1.3 и 14 подается напряжение питания

+15 В, С помощью задатчика 14, переключателя 15 и вольтметра 16 задают конечное напряжение питания электропривода 5, т,е. такое, при котором имеет место наименьшая частота вращения его выходного вала и, соответст- . венно, наименьшая подача жидкости в каплю, образующуюся на торце капилляра 1, Для двигателя ДПР-0 25 это напряжение равно 3 В. С помощью задатчика 13, переключателя 15 и вольтметра

16 задают любое постоянное напряжение, например 4 В, которое в сумме с ранее заданным с помощью задатчика 14 напряжением должно являть собой одну из точек рабочей характеристики элект-. ропривода 5.

Включают тумблер 28, в результате чего указанные напряжения, одно непосредственно, а одно через повторитель 19, поступают на вход суммато ра 17. В результате на его выходе будет напряжение, которое равно сумме входных напряжений, например 7 В. Это напряжение через усилитель 21 мощности поступает на управляющую обмотку электропривода 5,.в результате чего

его выходной вал вращается с постоянной частотой. Это приводит к тому, что шток шприца 2 начинает перемещаться вниз и на торце капилляра 1 образовывается капля. В момент, когда вес капли станет незначительно больше удерживающих ее на внешней кромке поверхностных сил, капля отделяется от

1509671

25 (1) КU< T

Т (1-е ") 5 торца и на вход одновнбратора 9 от фотоэлемента 8 поступает сигнал котоУ рый вызывает появление на выходе одновибратора 9 кратковременного импульса и кратковременное срабатывание реле

25, Одновременно при.зтом включается .счетчик 10 импульсов, который запускает в работу таймер 11 на отсчет времени (в секундах). Реле 24 при

10 этом не срабатывает. Как только появ.— ляется второй импульс от фотоэлемента 8 в результате отделения второй капли, образовавшейся при постоянной подаче в нее жидкости, на выходе счетчика 10 импульсов появляется пов- торный импульс, который останавливает таймер 11 и включает реле 24. Последнее размыкает свой контакт, обесточивает реле 22, которое замыкает цепь подачи напряжения на задатчики 13 н

14, в результате чего электропривод 5 останавливается.

Затем с помощью зависимости рассчитывают начальное значение.напряжения питания U< обмотки электропривода 5 при реализации в дальнейшем экспоненциального закона изменения подачи исследуемой жидкости в образующуюся каплю, где Ui — заданное ранее напряжение на выходе задатчика 13(В);

Т, — время, измеренное таймером 11 и затраченное на образование одной кап- 3 ли при постоянной подаче в нее иссле-. дуемой жидкости; T — задаваемое (требуемое) время на образование одной капли при ниспадакщей экспоненциальной подаче жидкости в капле; К = Т /Т

{рекомендуется К (4).; Т вЂ” постоянная времени ниспадаюцего экспоненциаль-. ного закона изменения подачи жидкости (T w T<)

Зависимость (1) получена в результате решения следующего уравнения: т

U, T,= JU«e dt, (2), составленного на основании предполо50 жения, что объем отделившейся капли при постоянной подаче жидкости.в нее

О равен объему отделившейся капли при ниспадаюцей экспоненциальной подаче жидкости в образующуюся каплю, <

Например, при К 4, U< 4 В, Т, = 100 с, Т = 150 с согласно (1)

Ч1, = 10,87 В.

После расчета напряжения U нажи2 мают кнопку 27, в результате чего реле 24 обесточивается и замыкает свой контакт в цепи реле 22. Кроме того, происходит сброс показаний табло таймера 11. Тумблер 28 размыкают, коммутационный элемент 18 устанавливают в верхнее положение и нажимают кратковрейейно кнопку 23. С помощью задатчика 13, переключателя 15 и вольтмет-." ра 16 задают рассчитанное значение напряжения U . Изменением параметров генератора 20 задают величину Т . 3атем -кратковременно нажимают кнопку 26 и включают тумблер 28. При этом на вход сумматора 17 одновременно подаются напряжения Б, и У, которые, суммируясь и усиливаясь по мощности, s виде одного напряжения подаются на обмотку злектропривода 5, В реэульта" те этого выходной вал электропривода вначале вращается с:экспоненциально уменьшающейся скоростью. Одновременно по ниспадающему экспоненциальному закону уменьшается подача исследуемой жидкости в образунщуюся каплю на торце капилляра 1. Через Т Т происходит отделение первой капли, образовавшейся при ниспадающей экспоненциальной подаче жидкости в нее. В результате этого срабатывает кратковременно одновибратор 9 и реле 25, которое своим контактом восстанавливает напряжение U< на выходе генератора 20.

Одновременно с этим включается счетчик 10 импульсов, который запускает таймер 11. Образование второй капли снова происходит при ниспадающей экспоненциальной подаче исследуемой жидкости в образующуюся каплю и ее образование снова вызывает срабатывание соответствукв1их элементов схемы, Однако импульс на остановку таймера 11 и срабатывание реле 25 не поступает, поскольку счетчик 10 настроен на подсчет десяти капель. В момент, когда отделяется десятая капля, кроме первой, запускающей систему в работу, на выходе счетчика 10 появляется им-. пульс, который останавливает таймер

11 и включает реле 25 ° В результате этого аналогично ранее описанному происходит -остановка электропривода 5.

Расчет значения поверхностного натяжения исследуемой жидкости на границе раздела ее с насыщенным газом выполняют с помощью зависимости

1509671 (3) Формул а изобретения

Составитель А.Кощеев

Техред И.Верес

Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор Г,Волкова

Заказ 5796/35 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101 где 6 — поверхностное натяжение, Н/м;

f(r/V 1Я ) = 0,4515(r/V 4!3) — 5 — 0,7694(r/V ) + 0,9267;

V — объем одной капли, рассчитанный на основании показаний микрометрической головки 4 и ранее определенной характеристики шприца 2, м

9.

Д Р вЂ” разность плотностей исследуемой жидкости в капле и окружаз, ющей ее среды, кг/м

g — ускорение земного тяготения, м/с ;

r — наружный радиус капилляра, м.

Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости, содержащее калиброванный по наружному диаметру капилляр, внутренний объем которо- 25 го сообщен со шприцом для исследуемой жидкости, снабженным микрометрической головкой, электрический привод вращения микрометрической головки, управляющая обмотка которого соединена с 30 блоком, питания, и фотоэлектррнную систему счета капель, содержащую фото„,2E элемент, расположенный вблизи торца капилляра и подключенный к счетчику импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости, в электрическую цепь между блоком питания и управляющей обмоткой электрического привода вращения включены задатчики начального и конечного напряжения, генератор ниспадающего экспоненциального напряжения и сумматор, при этом выход блока питания соединен с входами задатчиков начального и конечного напряжений, выход задатчика конечного напряжения соединен с первым входом сумматора, выход задатчика начального напряжения и выход генератора ниспадающего экспоненциального напряжения через коммутационный элемент соединены с вторым входом сумматора, выход которого соединен с управляющей обмоткой электрического привода вращения, а в электрическую цепь между фотоэлементом и счетчиком импульсов последова" тельно включен одновибратор и электрическое реле, пара контактов которого включена в цепь запуска генератора ниспадающего экспоненциального напряжения.