Спосіб визначення коефіцієнта ізотермічної стисливості
Винахід відноситься до вимірювальної техніки. Мета – підвищення точності вимірювання. Спосіб визначення коефіцієнтів ізотермічної стисливості та температурного розширення передбачає зміну тиску та температури в досліджуваному середовищі, вимірювання їх значень, збудження коливань у досліджуваному середовищі та визначення коефіцієнтів за даними про довжину хвилі та/або частоти при змінах тиску та температури. 1 з. п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до способів визначення фізичних властивостей рідин і газів і може бути безпосередньо використане для визначення коефіцієнтів ізотермічної стисливості та температурного розширення, а також розрахунку їх значення ізобарної і ізохорної теплоємностей.
Відомий спосіб визначення стисливості рідини [1] передбачає стиснення об'єму газу або рідини в посудині високого тиску при постійній температурі Т і знаходження значень об'єму V при зміні тиску Р і визначення стискання стискання за рівнянням: де Vo об'єм при початковому тиску Ро.
Його недолік низька точність, і те, що стисливість, визначена відповідно до цього способу, може бути використана термодинаміці, т.к. коефіцієнт стисливості, що має суворий фізичний зміст визначається як: т = Спосіб має незадовільну сумісність результатів, т.к. значення залежать від вибору інтервалів зміни тиску Р та обсягу V.
Найбільш близьким до винаходу є спосіб визначення стисливості [2] званої в джерелі тангенс (дотик) стисливістю, який має на увазі стиснення об'єму газу або рідини в посудині високого тиску при постійній температурі і визначення секанс-стисливості, а за значеннями секанс-стисливості перерахунок на танген стисливість, з використанням емпіричнихкоефіцієнтів, або за номограмами, побудованими згідно з зазначеними розрахунками. Цьому способу властиві самі недоліки, як і попередньому, низька точність, незадовільна сумісність результатів, труднощі порівняння даних різних рідин, газів.
Зазначені способи містять самі недоліки і у разі їх використання визначення коефіцієнта температурного розширення, т.к. мають на увазі, як основну операцію, визначення інтервалів зміни обсягу при змінах температури та тиску.
Мета винаходу - підвищення точності визначення коефіцієнта ізотермічної стисливості та коефіцієнта термічного розширення.
Поставлена мета досягається тим, що в середовищі, в якому необхідно визначити коефіцієнти ізотермічної стисливості та температурного розширення, збуджують коливання та визначають довжину хвилі або частоту коливань, а коефіцієнти розраховують за формулами: т = = і де коефіцієнт ізотермічної стисливості; коефіцієнт температурного розширення; довжина хвилі, що розповсюджується в середовищі; Р тиск; Т температура.
Коливання можуть збуджувати ультразвукові, а похідні можуть визначати чисельним диференціюванням.
На кресленні показаний варіант ультразвукового пристрою для здійснення способу.
Корпус 1 через отвір 2 заповнюють досліджуваною рідиною, 3, наприклад, водою, ізолюють від зовнішнього середовища еластичною перегородкою 4 (це не обов'язково, якщо досліджувана рідина одночасно є, наприклад, і передає тиск), і поміщають в посудину (не показаний), якому змінюють тиск та температуру. Потім на електроди 5 і 6, нанесені на поверхні п'єзокристалу 7 подають змінну напругу, наприклад частотою 5-10 МГц, яке за рахунок п'єзоефекту перетворюється на ультразвукову хвилю,проходить через рідину в напрямку до приймального п'єзокристалу 8, вплив якої на кристал знову перетворюється на змінну напругу, знімання якого здійснюють з електродів 9 і 10. Сигнали реєструють, обробляють і аналізують за допомогою блоку контрольно-вимірювальної апаратури (не показаний).
Швидкість ультразвуку (С) у середовищі, що заповнює акустичну комірку, утворену корпусом і кристалами 7 і 8 (в даному прикладі є резонатором) пов'язана з частотою n-ного резонансного піку fn виразом: C 2h (1) де h відстань між кристалами. Поглинання ультразвуку визначається виразом: (2) де fn ширина резонансного піку, 3,14.
Довжину хвилі визначають, виходячи з виразів (1) або (2) з огляду на те, що с/f.
Потім змінюють тиск Р при постійній температурі Т і температуру при постійному тиску визначають значення довжин хвиль при різних Р і Т.
При отриманих значеннях розраховують коефіцієнти ізотермічної стисливості: т= і температурного розширення: При цьому похідні і визначають, наприклад, чисельним диференціюванням з використанням комп'ютера, переважно вбудованого в блок контрольно-вимірювальної апаратури і зворотного зв'язку з елементами, що знаходиться в системі електронної блок-схеми (не показано). Для підвищення точності вимірювання проводять за допомогою двох або трьох вимірювальних осередків з флюїдом, що досліджується, опитування яких, наприклад, здійснюють через комутатор за допомогою одного і того ж блоку контрольно-вимірювальної апаратури. Осередки, наприклад, можуть бути виконані в одному корпусі і перекриватися двома п'єзокристалами 7 і 8. Одну з осередків можуть використовувати, як датчик тиску, іншу температури, а решта, кількість яких визначається цілями та умовами вимірювань, заповнюють флюїдом(флюїдами), що підлягає дослідженню.
Визначення коефіцієнтів ізотермічної стисливості та температурного розширення за запропонованим способом дозволяє істотно підвищити точність їх визначення, тому що швидкість ультразвуку визначають за допомогою описаного резонаторного пристрою з точністю 1,5 10 -4 % частоту коливань 10 -5 тиск 0,01 МПа і краще температурі 10 -2 10 -3 про З.
Крім того, застосування даного способу дозволяє з використанням частини тих же операцій і тими самими пристроями одночасно відомими методами визначати адіабатичну стисливість. За значеннями ізотермічної та адіабатичної стисливостей розраховують відношення теплоємностей: де Ср ізобарна; Сv ізохорна теплоємність.
Знання також, коефіцієнта температурного розширення визначеного заявляється способом, дозволяє розраховувати окремо Ср і Cv Cv= Cp= Це неможливо було раніше робити з точністю вище 40% через низьку точність або неможливість визначення коефіцієнтів.
1. СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ІЗОТЕРМІЧНОГО СТИСЛЕННЯ, що полягає в тому, що змінюють тиск і температуру досліджуваного середовища, вимірюють ці величини і обчислюють коефіцієнт ізотермічної стисливості, що відрізняється тим, що в досліджуваному середовищі , а коефіцієнт ізотермічної стисливості визначають з вираження де т - коефіцієнт ізотермічної стисливості; - Довжина хвилі; P - тиск; T - температура, у цьому додатково визначають коефіцієнт температурного розширення 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що в середовищі, що досліджується, збуджують ультразвукові коливання.