一種高溫高壓液體密度測量裝置和測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于極端壓力和溫度下液體基本性能測量領(lǐng)域，具體涉及一種高溫高壓液 體密度的測量裝置和測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 密度是材料的物理化學(xué)性質(zhì)中一種十分重要的物理量，特別是對于液體，密度與 液體的粘度、折射率、擴散性能等宏觀性能密切相關(guān)。因此，準(zhǔn)確測量液體在反應(yīng)狀態(tài)下的 密度參數(shù)及其變化情況，對于拓展不同液體在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。隨 著海洋石油等資源勘探開發(fā)的發(fā)展，對高溫高壓條件下測量液體密度的裝置的需求越來越 迫切。另外，對于科學(xué)研究中，一些液體材料在高溫高壓下表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，也使得研究 者對高溫高壓下液體密度的測量及其方法產(chǎn)生了濃厚的興趣。然而，由于高溫高壓屬極端 條件，液體材料容易泄漏，實現(xiàn)這種極端條件下液體密度的測量相對比較困難，相應(yīng)的裝置 也較少。
[0003] 實用新型專利(CN00233404.6)提出了一種高溫高壓下測定液體PVT關(guān)系的高溫高 壓PVT測試儀，主要特點是能夠進行高溫高壓下PVT測量，但是適用的溫度(室溫-230°c)和 壓力范圍較小（〇.l-25MPa)，不適用于更寬范圍考查油品密度；實用新型專利 (CN201653848U)提出一種高溫高壓油品密度的測量裝置和測量方法，主要是針對高溫高壓 PVT測量儀進行了改進，能夠?qū)崿F(xiàn)測定溫度從100°C_550°C，壓力從0.1MPa-25MPa的不同液 相產(chǎn)品的密度測量。但是，測定壓力的上限仍為25MPa，不適用于更寬壓力范圍考查液體密 度，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、過程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高溫高壓液體密度測量裝置 和測量方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種高溫高壓液體密度測量裝置，包括加壓系 統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，所述加壓系統(tǒng)包括液壓實驗機、圓筒和活塞，密封盒處于上下兩 個活塞之間，密封盒由上盒體和下盒體組成，上盒體處于下盒體內(nèi)；所述測量系統(tǒng)包括位移 傳感器和壓力傳感器，位移傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連，壓力傳感器與液壓實驗機油缸、數(shù)據(jù) 采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與控制裝置相連，所述加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在圓筒外的加熱套，加熱 套與功率變壓器、繼電器相連，繼電器與溫度控制器相連，溫度控制器與熱電偶相連。
[0006] 所述密封盒為金屬或塑料密封盒，所述圓筒為碳化鎢硬質(zhì)合金圓筒。
[0007] -種高溫高壓液體密度測量方法，是按照下述步驟進行的：（1)將待測液體裝入密 封盒內(nèi)，并完全裝滿，稱取液體質(zhì)量mo、記錄密封盒的內(nèi)徑和深度；
[0008] (2)開啟加熱系統(tǒng)，將圓筒升溫至預(yù)定值，維持溫度穩(wěn)定；
[0009] (3)開啟加壓系統(tǒng)增壓，同時測量系統(tǒng)開始工作，采集壓力值與位移值隨時間的變 化曲線；
[0011]其中，mo為液體的初始質(zhì)量，
[0012] r為圓筒的半徑，
[0014] Si是樣品在實際測量中豎直方向上減小的位移，
[0015] S'是系統(tǒng)誤差的位移補償，
[0016] Ρ ( D為常溫常壓液體樣品密度。
[0017] 本發(fā)明實現(xiàn)了高溫高壓條件下液體密度的測量，最高測量溫度為500°C，最大測量 壓力為lOOOMPa，遠大于已有的高壓密度裝置的測量范圍（25MPa);且操作簡單、精確度高、 重現(xiàn)性好;裝置采用了活塞圓筒機械式增壓，突破了液體增壓的壓力極限，大大提高了測量 液體密度的壓力范圍；采用聚四氟乙烯材料作為密封材料，有利于提高系統(tǒng)的密封性和重 復(fù)性;測量系統(tǒng)采用動態(tài)測量模式，提高了測量結(jié)果的實效性和連續(xù)性。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為密封盒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3為加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中：1.加壓系統(tǒng)，101.密封盒，102.活塞，103.圓筒，104.液壓實驗機，2.加熱系 統(tǒng)，201.加熱套，202.熱電偶，203.繼電器，204.功率變壓器，205.溫度控制器，3.測量系統(tǒng)， 301.位移傳感器，302.數(shù)據(jù)采集卡，303.壓力傳感器，304.控制裝置。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0025]如圖1~4所示，一種高溫高壓液體密度測量裝置，包括加壓系統(tǒng)1、加熱系統(tǒng)2和測 量系統(tǒng)3,所述加壓系統(tǒng)1包括液壓實驗機104、圓筒103和活塞102,密封盒101處于上下兩個 活塞102之間，密封盒101由上盒體和下盒體組成，上盒體處于下盒體內(nèi)；所述測量系統(tǒng)3包 括位移傳感器301和壓力傳感器303,位移傳感器301與數(shù)據(jù)采集卡302相連，壓力傳感器303 與液壓實驗機104油缸、數(shù)據(jù)采集卡302相連，數(shù)據(jù)采集卡302與控制裝置304相連，所述加熱 系統(tǒng)2包括設(shè)置在圓筒103外的加熱套201，加熱套201與功率變壓器204、繼電器203相連，繼 電器203與溫度控制器205相連，溫度控制器205與熱電偶202相連。
[0026]其中，加壓系統(tǒng)1用于容納液體并為液體提供高壓環(huán)境;加熱系統(tǒng)2用于為液體提 供穩(wěn)定的高溫環(huán)境;測量系統(tǒng)3用于測量增壓過程中液體體積的變化。
[0027]所述密封盒101為金屬或塑料密封盒，比如說采用鋁、銅、聚四氟乙烯或尼龍等，所 述圓筒103為碳化鎢硬質(zhì)合金圓筒，圓筒直徑為16、20、22或26mm。
[0028] 本申請中用到的液壓實驗機104為兩面頂液壓機，最大工作載荷2000KN，最大工作 距離為400mm，增壓速度為0.1-10MPa/min，優(yōu)選0.1MPa/min。加熱系統(tǒng)2中的電阻式的加熱 套201的電阻絲材質(zhì)可為鐵鉻鋁合金、鎳鉻電熱合金，優(yōu)選鎳鉻電熱合金，最大功率為2500-3000kW。熱電偶202為K型探針熱電偶，測量范圍0-1300°C;功率變壓器204為220V/5kW單相 變壓器;繼電器203為單相固態(tài)繼電器，直流控交流，負載電流40A，負載電壓:24-480V/AC。 溫度控制器205為RKC型PID數(shù)顯溫度控制器，取樣周期0.5s，模糊PID控制，分辨率1°C、0.1 Γ。
[0029] 所述測量系統(tǒng)中的位移傳感器301為高精度接觸式數(shù)字位移傳感器和非接觸式激 光位移傳感器，優(yōu)選接觸式數(shù)字位移傳感器，有效測量范圍> 12_，分辨率>0. Ιμπι，機械響應(yīng) 10Hz;壓力傳感器303為數(shù)字壓力傳感器，分辨率〈0 · OIMPa，最小響應(yīng)時間<3ms;數(shù)據(jù)采集卡 302為可直接連接各種類型傳感器的多種傳感器測量模塊，采樣頻率>960Hz，獨立的數(shù)字輸 出和輸入通道;測量裝置耐溫上限為500°C，耐壓上限為lOOOMPa，控制裝置采用計算機。
[0030] 加熱系統(tǒng)中的熱電偶位于所述圓筒上部，用于測量圓筒的溫度，熱電偶與活塞橫 向距離3-5cm，優(yōu)選為4cm，縱向距離20-30cm，優(yōu)選為25cm。所述測量系統(tǒng)中包括T和" T"兩 塊鋼質(zhì)橫梁，分別固定于所述活塞圓筒的上、下活塞的末端，用于固定所述位移傳感器。
[0031] 本發(fā)明使用的時候，先將液體充滿整個密封盒101中，然后將加壓系統(tǒng)的壓力增加 至預(yù)定壓力值;開啟加熱系統(tǒng)，為液體進行升溫至預(yù)定溫度值，并保持恒定;開啟測量系統(tǒng)， 設(shè)定液壓實驗機104的增壓速度對圓筒進行穩(wěn)定加壓，同時采用數(shù)據(jù)采集卡302記錄位移傳 感器301和壓力傳感器303的變化值，根據(jù)初始環(huán)境下液體的質(zhì)量、體積及位移與密度的關(guān) 系，可以建立液體樣品在一定溫度下壓力與密度的對應(yīng)關(guān)系，給出在測量溫度