RU2676559C1 - Laboratory efficient analyzer of gas density - Google Patents
Laboratory efficient analyzer of gas density Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676559C1 RU2676559C1 RU2018105639A RU2018105639A RU2676559C1 RU 2676559 C1 RU2676559 C1 RU 2676559C1 RU 2018105639 A RU2018105639 A RU 2018105639A RU 2018105639 A RU2018105639 A RU 2018105639A RU 2676559 C1 RU2676559 C1 RU 2676559C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- additional
- chamber
- analyzer
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 64
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 9
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/32—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by using flow properties of fluids, e.g. flow through tubes or apertures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно, к анализаторам плотности и вязкости газов.The invention relates to analytical laboratory equipment, namely, analyzers for the density and viscosity of gases.
Известен лабораторный анализатор плотности газов (Кириллин В.А., Шейндлин А.Е. Исследования термодинамических свойств веществ. М.: Госэнергоиздат, 1963, с. 176-178), который содержит напорный сосуд, заполненный ртутью и установленный вертикально в штативе на определенной высоте, стеклянную трубку с открытым нижним торцом, в верхней части которого установлен миниатюрный турбулентный дроссель, для истечения анализируемого газа. Нижняя часть трубки расположена в стеклянной емкости, в которой размещена ртуть, служащая затворной жидкостью.A well-known laboratory gas density analyzer (Kirillin V.A., Sheindlin A.E. Studies of the thermodynamic properties of substances. M: Gosenergoizdat, 1963, p. 176-178), which contains a pressure vessel filled with mercury and mounted vertically in a tripod on a certain height, a glass tube with an open bottom end, in the upper part of which a miniature turbulent throttle is installed, for the outflow of the analyzed gas. The lower part of the tube is located in a glass container in which mercury is placed, which serves as a barrier fluid.
При перемещении напорного сосуда проба анализируемого газа, отобранная в трубку, за счет перемещения уровня ртути, перетекающей из напорного сосуда в емкость, начинает вытесняться последней через отверстие турбулентного дросселя. В процессе истечения измеряется последовательно (с помощью секундомера) время достижения уровнем ртути двух электрических контактов, расположенных по высоте трубки, через которые замыкаются сигнальные электрические цепи. Расстояние по высоте между двумя контактами постоянно. Этим определяется постоянство объема, истекающей через турбулентный дроссель пробы анализируемого газа. Время истечения этой пробы анализируемого газа однозначно определяется его плотностью.When the pressure vessel moves, the sample of the analyzed gas taken into the tube, due to the displacement of the level of mercury flowing from the pressure vessel into the vessel, begins to be displaced by the latter through the hole of the turbulent throttle. During the outflow, the time is measured successively (using a stopwatch) when the mercury level reaches two electrical contacts located along the height of the tube, through which the signal electrical circuits are closed. The height distance between the two contacts is constant. This determines the constancy of the volume flowing out through the turbulent throttle of the sample of the analyzed gas. The expiration time of this sample of the analyzed gas is uniquely determined by its density.
Недостатком такого анализатора является необходимость использования в нем ртути в качестве запорной жидкости, что является нежелательным с позиции техники безопасности.The disadvantage of such an analyzer is the need to use mercury in it as a locking fluid, which is undesirable from the standpoint of safety.
Наиболее близким по технической сущности является лабораторный анализатор плотности газов (RU 2531043, МПК G01N 9/00, 2014), содержащий турбулентный дроссель, вход которого соединен через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки, и размещенной в емкости с охлаждающей жидкостью, и выходом измерительной камеры датчика давления, а вход этой камеры соединен через вентиль с линией анализируемого газа, пневмотумблер, подключенного к выходу турбулентного дросселя, и устройство для сжатия анализируемого газа, входной канал которого соединен с выходным каналом камеры для сжатия анализируемого газа.The closest in technical essence is a laboratory gas density analyzer (RU 2531043,
Измерение плотности газа данным анализатором осуществляется путем измерения интервала времени истечения пробы анализируемого газа через турбулентный дроссель после ее отбора и сжатия с помощью поршня в замкнутой емкости. При этом время истечения определяется как разность моментов времени, при которых в камере для сжатия анализируемого газа при непрерывно изменяющемся давлении достигаются выбранные заранее максимальное и минимальное значение давления.Measurement of the gas density by this analyzer is carried out by measuring the time interval for the expiration of the sample of the analyzed gas through a turbulent throttle after its selection and compression using a piston in a closed container. In this case, the expiration time is defined as the difference in time points at which the maximum and minimum pressure values selected in advance are reached in the chamber for compressing the analyzed gas with a continuously changing pressure.
Недостатками данного анализатора являются узкие информационные возможности анализатора: измерение только одного параметра - плотности.The disadvantages of this analyzer are the narrow information capabilities of the analyzer: measuring only one parameter - density.
Проблемой изобретения является узкие информационные возможности анализатора.The problem of the invention is the narrow information capabilities of the analyzer.
Техническим результатом изобретения является создание лабораторного эффузионного анализатора плотности газов, обладающего расширенными функциональными и информационными возможностями, а именно позволяющего измерять как плотность, так и динамическую и кинематическую вязкости газов.The technical result of the invention is the creation of a laboratory effusion analyzer of gas density with advanced functional and information capabilities, namely, allowing to measure both the density and the dynamic and kinematic viscosity of gases.
Технический результат достигается тем, что лабораторный эффузионный анализатор плотности газов содержит турбулентный дроссель, выход которого соединен с пневмотумблером, камеру для сжатия газов, выполненною в виде спирали из тонкостенной металлической трубки, размещенную в емкости с охлаждающей жидкостью, тройник и датчик давления с измерительной камерой, снабженной входным и выходным штуцерами. Согласно изобретению, анализатор дополнительно содержит микрокомпрессор с электроприводом, аналого-цифровой преобразователь, ламинарный дроссель, три дополнительных пневмотумблера, и один дополнительный тройник. Вход микрокомпрессора соединен со входом анализатора, а его выход через один из дополнительных пневмотумблеров соединен со входом камеры для сжатия газов. Тройник соединен с выходом камеры для сжатия газов, входным штуцером измерительной камеры датчика давления и со входом дополнительного тройника, два выхода которого соединены со входами турбулентного и ламинарного дросселей. Выход датчика давления подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а второй и третий дополнительные пневмотумблеры подключены соответственно к выходу ламинарного дросселя и выходному штуцеру измерительной камеры датчика давления. Электропривод микрокомпрессора и аналого-цифровой преобразователь выполнены с возможностью подключения к компьютеру.The technical result is achieved by the fact that the laboratory effusion analyzer of gas density contains a turbulent throttle, the output of which is connected to a pneumatic tumbler, a chamber for compressing gases, made in the form of a spiral from a thin-walled metal tube, placed in a container with coolant, a tee and a pressure sensor with a measuring chamber, equipped with inlet and outlet fittings. According to the invention, the analyzer further comprises an electric micro-compressor, an analog-to-digital converter, a laminar throttle, three additional pneumatic tumblers, and one additional tee. The input of the microcompressor is connected to the input of the analyzer, and its output through one of the additional pneumatic toggle switches is connected to the input of the chamber for compressing gases. The tee is connected to the outlet of the chamber for compressing gases, the input fitting of the measuring chamber of the pressure sensor and to the input of an additional tee, two outputs of which are connected to the inputs of the turbulent and laminar throttles. The output of the pressure sensor is connected to the input of the analog-to-digital converter, and the second and third additional pneumatic tumblers are connected respectively to the output of the laminar throttle and the output fitting of the measuring chamber of the pressure sensor. The electric drive of the microcompressor and the analog-to-digital converter are made with the possibility of connecting to a computer.
Такая конструкция позволяет измерять принятые максимальные и минимальные значения давления при истечении газа через турбулентный и ламинарный дроссели по значениям электрического сигнала датчика давления, а после аналого-цифрового преобразования, использовать уже цифровой сигнал в дальнейшей обработке, например, на компьютере или микропроцессорном устройстве. Такая структура обработки сигнала обеспечивает, в свою очередь, возможность за счет использования алгоритмов обработки сигнала определять как плотность, так и динамическую и кинематическую вязкости газов.This design allows you to measure the accepted maximum and minimum pressure values when the gas flows through the turbulent and laminar throttles by the values of the electrical signal of the pressure sensor, and after analog-to-digital conversion, use a digital signal in further processing, for example, on a computer or microprocessor device. Such a signal processing structure provides, in turn, the ability to determine both the density and the dynamic and kinematic viscosity of gases through the use of signal processing algorithms.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.
На рисунке показана схема лабораторного эффузионного анализатора плотности газов.The figure shows a diagram of a laboratory effusion gas density analyzer.
Лабораторный эффузионный анализатор плотности газов, содержит турбулентный дроссель 1 (микродиафрагму), выход 2 которого соединен с пневмотумблером 3, камеру 4 для сжатия газов, выполненную в виде спирали из тонкостенной металлической трубки и размещенной в емкости 5 с охлаждающей жидкостью, тройник 6 и датчик 7 давления с измерительной камерой 8, снабженной входным 9 и выходным 10 штуцерами.Laboratory effusion analyzer of gas density, contains a turbulent throttle 1 (micro-diaphragm), the
Анализатор дополнительно содержит микрокомпрессор 11 с электроприводом 12, аналого-цифровой преобразователь 13, ламинарный дроссель 14 (например, капилляр), три дополнительных пневмотумблера 15, 16 и 17, и один дополнительный тройник 18. Вход 19 микрокомпрессора 11 соединен со входом 20 анализатора, а его выход 21 через один из дополнительных пневмотумблеров 15 соединен со входом 22 камеры 4 для сжатия газов. Тройник 6 соединен с выходом 23 камеры 4 для сжатия газов. Входной штуцер 9 соединен через тройник 6 с входом дополнительного тройника 18, два выхода которого соединены со с входами 24 и 25 турбулентного 1 и ламинарного 14 дросселей соответственно. Выход датчика 7 давления подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 13, а второй 16 и третий 17 дополнительные пневмотумблеры подключены соответственно к выходу 26 ламинарного дросселя 14 и выходному штуцеру 10 измерительной камеры 8 датчика 7 давления. Электропривод 12 микрокомпрессора 11 и аналого-цифровой преобразователь 13 выполнены с возможностью их подключения к компьютеру. Все элементы анализатора расположены в корпусе 27.The analyzer additionally contains a micro-compressor 11 with an
Лабораторный эффузионный анализатор плотности газов, работает следующим образом.Laboratory effusion analyzer of gas density, works as follows.
После включения в работу датчика давления 7 и аналого-цифрового преобразователя 13 выход 2 турбулентного дросселя 1 с помощью пневмотумблера 3, выходной штуцер 10 измерительной камеры 8 с помощью дополнительного пневмотумблера 17 и выход 26 ламинарного дросселя 14, а также с помощью дополнительного пневмотумблера 16 соединяют с атмосферой. Выход 21 микрокомпрессора 11 с помощью дополнительного пневмотумблера 15 соединяют с входом 22 камеры 4. После этого с помощью электропривода 12 включают микрокомпрессор 11 и анализируемый газ с входа 20 анализатора начинает поступать в атмосферу, протекая через камеру 4 для сжатия газов, измерительную камеру 8 датчика 7 давления, а также через турбулентный дроссель 1 и ламинарный дроссель 14. Таким образом, турбулентный дроссель 1, ламинарный дроссель 14 измерительная камера 8 и камера 4 промываются анализируемым газом. Промывка длится от 1 до 1,5 минут. На этом заканчивается режим работы анализатора «Подготовка».After the
После переключения пневмотумблеров 3 и 16 и 17 анализируемый газ начинает сжиматься микрокомпрессором 11. По достижении некоторого постоянного давления пневмотумблер 15 переключается, а микрокомпрессор 11 с помощью электропривода 12 выключается. При сжатии газа его температура несколько увеличивается. По истечении некоторого отрезка времени, в течение которого температура газа принимает значение, равное температуре охлаждающей жидкости в емкости 5 с охлаждающей жидкостью, в измерительной камере 8 датчика 7 давления и камере 4 для сжатия газов устанавливается постоянное давление. Затем с помощью пневмотумблера 3 турбулентный дроссель 1 сообщается с атмосферой и анализируемый газ начинает истекать через него (режим работы «Анализ»). При этом давление в измерительной камере 8 и камере 4 для сжатия газов начинает постепенно уменьшаться. Поэтому уменьшается и электрический сигнал, возникающий на выходе датчика 7 давления. Этот сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 13. С выхода аналого-цифрового преобразователя 13 сигнал измерительной информации поступает на компьютер или микропроцессорное устройство, где значения давления в определенные моменты времени записываются в виде массива данных, содержащего значения соответствующих давлений и времени, в которые эти давления измерены. По окончании истечения анализируемого газа через турбулентный дроссель 1 пневмотумблеры 3 и 15 переключаются, включается микрокомпрессор 11 и анализируемый газ начинает сжиматься. По достижении некоторого постоянного давления пневмотумблер 15 переключается, а микрокомпрессор 11 с помощью электропривода 12 выключается. По истечении некоторого отрезка времени, в течение которого температура газа принимает постоянное значение, в измерительной камере 8 и камере 4 устанавливается постоянное давление. Затем с помощью пневмотумблера 16 ламинарный дроссель 14 сообщается с атмосферой, и анализируемый газ начинает истекать через него. При этом давление в измерительной камере 8 и камере 4 начинает постепенно уменьшаться. При этом уменьшается и электрический сигнал, возникающей на выходе датчика 7. Этот сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 13. С выхода аналого-цифрового преобразователя 13 сигнал измерительной информации поступает на компьютер или микропроцессорное устройство, где значения давления в определенные моменты времени записываются в виде массива данных, содержащего значения соответствующих давлений и времени, в которые эти давления измерены.After switching the
Все описанные операции повторяются для эталонного газа, которым может служить осушенный воздух.All described operations are repeated for a reference gas, which can be dried air.
Значение плотности анализируемого газа рассчитывают по формуле:The density value of the analyzed gas is calculated by the formula:
Где:Where:
τρa и τρэ - времена истечения через миниатюрную диафрагму анализируемого и эталонного газов соответственно.τ ρa and τ ρэ are the expiration times through the miniature diaphragm of the analyzed and reference gases, respectively.
Значение динамической вязкости газа рассчитывают по формуле:The value of the dynamic viscosity of the gas is calculated by the formula:
Где:Where:
τηа и τηэ - времена истечения через капилляр анализируемого и эталонного газов, соответственно;τ ηа and τ ηэ are the outflow times through the capillary of the analyzed and reference gases, respectively;
ηна и ηнэ - динамические вязкости анализируемого и эталонного газов в нормальных условиях, соответственно.η na and η ne are the dynamic viscosities of the analyzed and reference gases under normal conditions, respectively.
Значение кинематической вязкости газа рассчитывают по формуле:The value of the kinematic viscosity of the gas is calculated by the formula:
Экспериментальные исследования макета лабораторного эффузионного анализатора плотности газов показали, что он, при использовании высокоточных современных датчиков давления в электрический сигнал, способен обеспечить измерение плотности газа с погрешностью ±0,2%, динамической и кинематической вязкостей газов с погрешностью ±1%.Experimental studies of the model of a laboratory effusion gas density analyzer have shown that, using high-precision modern pressure sensors in an electrical signal, it is capable of measuring gas density with an accuracy of ± 0.2%, dynamic and kinematic viscosities of gases with an error of ± 1%.
Преимущества предлагаемого технического решения:The advantages of the proposed technical solution:
- простота конструкции и измерений;- simplicity of design and measurements;
- высокая точность;- high accuracy;
- низкая стоимость.- low cost.
Предлагаемый лабораторный эффузионный анализатор газов может быть реализован на базе стандартного датчика давления, микрокомпрессора и аналого-цифрового преобразователя.The proposed laboratory effusion gas analyzer can be implemented on the basis of a standard pressure sensor, microcompressor and analog-to-digital converter.
Лабораторный эффузионный анализатор газов может найти широкое применение в практике заводских и исследовательских лабораторий различных предприятий газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.Laboratory effusion gas analyzer can be widely used in the practice of factory and research laboratories of various enterprises of the gas, oil refining and petrochemical industries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105639A RU2676559C1 (en) | 2018-02-14 | 2018-02-14 | Laboratory efficient analyzer of gas density |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105639A RU2676559C1 (en) | 2018-02-14 | 2018-02-14 | Laboratory efficient analyzer of gas density |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2676559C1 true RU2676559C1 (en) | 2019-01-09 |
Family
ID=64958690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018105639A RU2676559C1 (en) | 2018-02-14 | 2018-02-14 | Laboratory efficient analyzer of gas density |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2676559C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU994963A1 (en) * | 1981-12-29 | 1983-02-07 | Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности | Gas density measuring device |
RU2653U1 (en) * | 1995-05-12 | 1996-08-16 | Леонид Владимирович Илясов | GAS DENSITY LABORATORY ANALYZER |
RU2094768C1 (en) * | 1995-12-01 | 1997-10-27 | Леонид Владимирович Илясов | Gas density analyzer |
RU44388U1 (en) * | 2004-10-27 | 2005-03-10 | Илясов Леонид Владимирович | GAS DENSITY ANALYZER |
CN103616313A (en) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 齐增海 | On-line gas density measuring method |
RU2531043C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Laboratory analyser of gas density |
-
2018
- 2018-02-14 RU RU2018105639A patent/RU2676559C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU994963A1 (en) * | 1981-12-29 | 1983-02-07 | Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности | Gas density measuring device |
RU2653U1 (en) * | 1995-05-12 | 1996-08-16 | Леонид Владимирович Илясов | GAS DENSITY LABORATORY ANALYZER |
RU2094768C1 (en) * | 1995-12-01 | 1997-10-27 | Леонид Владимирович Илясов | Gas density analyzer |
RU44388U1 (en) * | 2004-10-27 | 2005-03-10 | Илясов Леонид Владимирович | GAS DENSITY ANALYZER |
RU2531043C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Laboratory analyser of gas density |
CN103616313A (en) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 齐增海 | On-line gas density measuring method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9482563B2 (en) | Real time measurements of fluid volume and flow rate using two pressure transducers | |
US7694591B2 (en) | Method and apparatus for evaluating a dosing operation | |
US4924695A (en) | Apparatus for compressing a fluid sample to determine gas content and the fraction of one liquid composition in another | |
US8413488B2 (en) | Measuring procedure and measuring device for measuring physical quantities of non-compressible media | |
Sparks et al. | Measurement of density and chemical concentration using a microfluidic chip | |
WO2009104065A1 (en) | Pipette system and method for measuring viscosity | |
Srivastava et al. | Microfluidic pressure sensing using trapped air compression | |
RU2531043C1 (en) | Laboratory analyser of gas density | |
RU2676559C1 (en) | Laboratory efficient analyzer of gas density | |
JPS63217251A (en) | Method and device for determining vapor pressure of liquid composition | |
EP0554380A1 (en) | System for determining liquid vapor pressure. | |
US5540087A (en) | Apparatus for measuring thermodynamic characteristics of a hydrocarbon sample | |
RU2670210C1 (en) | Laboratory gas density analyzer | |
RU2677926C1 (en) | Laboratory gas density analyzer | |
US20160341645A1 (en) | Inline multiphase densitometer | |
WO2013107207A1 (en) | Self-calibration multi-measurement module for portable detection instrument and use method therefor | |
JP7072475B2 (en) | Particle analyzer | |
RU140253U1 (en) | GAS DENSITY ANALYZER | |
CN213397283U (en) | Gas ultrasonic flowmeter with calibration function | |
US3567398A (en) | Semi-automatic pipetting and diluter device | |
CN207366385U (en) | A kind of full-automatic shale air content test system | |
Huber | MEMS-based micro-coriolis density and flow measurement technology | |
US11486808B2 (en) | Determination of properties of a hydrocarbon fluid | |
RU2751301C1 (en) | Cell for study of phase equilibrium in gas-liquid system (variants) | |
RU2244276C1 (en) | Device for determining pressure of saturated fumes of oil and oil products |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210215 |