專利名稱：測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面油/水潤(rùn)濕狀態(tài)的測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置及方法，該裝置和方法為研究金屬材料在流動(dòng)的油/水體系中的腐蝕磨損行為提供了有利的條件。
背景技術(shù)：
石油是當(dāng)今世界上最重要的能源物質(zhì)之一，目前國(guó)內(nèi)外油田80%以上的采油井選用有桿機(jī)械泵采油方式，有桿泵采油面對(duì)的嚴(yán)重問(wèn)題之一是油管和抽油桿之間由于腐蝕磨損所造成的早期失效。近年來(lái)隨著我國(guó)油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，一者油田開(kāi)采的地質(zhì)對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)向薄層和低滲透層，由于地層條件差，自然產(chǎn)能低，導(dǎo)致抽油桿承受的載荷不斷增加；二者目前大部分油田已進(jìn)入中、高含水期的開(kāi)采階段，加之多年的強(qiáng)注強(qiáng)采，綜合含水逐年上升，井液的腐蝕性不斷增強(qiáng)。兩者共同作用致使采油生產(chǎn)中抽油設(shè)備的腐蝕磨損問(wèn)題越來(lái)越突出，油井免修期明顯縮短，維護(hù)工作量大幅增加，采油成本迅速上升。一般來(lái)說(shuō)，金屬在油中難以腐蝕，只有當(dāng)油中的水含量逐漸增加，金屬表面有水吸附才可能發(fā)生腐蝕；金屬在油中的磨損也是輕微的，因?yàn)橛湍さ某休d能力高，能有效潤(rùn)滑而減緩磨損，只有當(dāng)金屬表面吸附了水，由于水膜承載能力差，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效磨損加劇。可見(jiàn)金屬表面的潤(rùn)濕狀態(tài)對(duì)其在油/水雙相流體系中的腐蝕磨損行為至關(guān)重要。在靜態(tài)條件下可以通過(guò)測(cè)量液體在金屬表面的潤(rùn)濕角來(lái)推測(cè)金屬表面的潤(rùn)濕狀態(tài)(水潤(rùn)濕還是油潤(rùn)濕)，但在流動(dòng)狀態(tài)下則無(wú)法進(jìn)行這種測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置及方法，該裝置和方法解決了流動(dòng)的油/水體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的測(cè)量問(wèn)題。其工作原理是根據(jù)油與水的電導(dǎo)率不同，通過(guò)即時(shí)測(cè)量電導(dǎo)值來(lái)判斷固體表面液膜的油/水性質(zhì)，從而獲得金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的信息。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，該裝置包括儲(chǔ)液罐、體積流量計(jì)、循環(huán)泵、流速調(diào)節(jié)閥、圓盤(pán)分水器、樣品槽、試驗(yàn)樣品、微型電導(dǎo)傳感器和信號(hào)處理及顯示線路；其中，圓盤(pán)分水器包括入水口、緩沖腔和多個(gè)出水口，入水口開(kāi)設(shè)在緩沖腔的一個(gè)端面上，出水口開(kāi)設(shè)在緩沖腔的另一個(gè)端面上；所述緩沖腔為兩端封閉的不銹鋼圓筒，各個(gè)出水口圍繞緩沖腔另一端面的中心設(shè)置且間距相等，各個(gè)出水口到緩沖腔另一端面的中心距離相等；所述樣品槽底部中央開(kāi)設(shè)一盲槽，盲槽底部開(kāi)設(shè)多個(gè)均勻分布的通孔，在樣品槽兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面下部分別開(kāi)設(shè)多個(gè)進(jìn)水口和多個(gè)排水口，進(jìn)水口、排水口的數(shù)量與圓盤(pán)分水器出水口的數(shù)量相同；所述樣品槽為無(wú)蓋的長(zhǎng)方形容器，由有機(jī)玻璃制作，樣品槽側(cè)面各進(jìn)水口和排水口的圓心距樣品槽底面距離相等，樣品槽進(jìn)水孔的面積小于其排水孔的面積，以保證進(jìn)入樣品槽的水能及時(shí)排出；試驗(yàn)樣品與樣品槽底部的盲槽及微型電導(dǎo)傳感器之間的空隙以環(huán)氧樹(shù)脂填充，防止液體泄露。所述儲(chǔ)液罐的出水口與體積流量計(jì)的一端連接，體積流量計(jì)的另一端與循環(huán)泵入口連接，循環(huán)泵的出口連接流速調(diào)節(jié)閥一端，流速調(diào)節(jié)閥另一端連接圓盤(pán)分水器的入水口 ；所述圓盤(pán)分水器的出水口與樣品槽的進(jìn)水孔連接，樣品槽的排水口與儲(chǔ)液罐連接；所述儲(chǔ)液罐為圓筒狀容器，由有機(jī)玻璃制成，其出水口設(shè)置于其側(cè)壁下部；所述儲(chǔ)液罐與體積流量計(jì)之間及體積流量計(jì)與循環(huán)泵之間采用耐壓塑料管連接；所述圓盤(pán)分水器的出水口通過(guò)硅橡膠管與樣品槽的進(jìn)水孔連接，樣品槽的排水口連接硅橡膠管，其另一端由儲(chǔ)液罐頂部導(dǎo)入儲(chǔ)液te ；所述微型電導(dǎo)傳感器是將不銹鋼絲用絕緣材料固封在薄壁不銹鋼管中制成，不銹鋼絲的長(zhǎng)度大于薄壁不銹鋼管的長(zhǎng)度，不銹鋼絲一端與薄壁不銹鋼管的一端在同一平面上，該平面為微型電導(dǎo)傳感器的探頭，不銹鋼絲為微型電導(dǎo)傳感器的一極，不銹鋼管為微型電導(dǎo)傳感器的另一極；所述絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂或熱縮套管等。所述試驗(yàn)樣品上開(kāi)設(shè)多個(gè)均勻分布的通孔，其與盲槽底部的通孔數(shù)量相等，且 對(duì)應(yīng)后同軸等徑；試驗(yàn)樣品置于樣品槽底部的盲槽中，微型電導(dǎo)傳感器插入盲槽上的
各個(gè)通孔，并一一對(duì)應(yīng)地穿過(guò)試驗(yàn)樣品上的各個(gè)通孔，微型電導(dǎo)傳感器的探頭與試驗(yàn)樣品的上表面平齊；試驗(yàn)樣品與樣品槽底部的盲槽及微型電導(dǎo)傳感器之間的空隙以環(huán)氧樹(shù)脂填充，防止液體泄露；所述微型電導(dǎo)傳感器連接信號(hào)處理及顯示線路。所述信號(hào)處理及顯示線路主要由電源、反相器、比較電阻、保護(hù)電阻和發(fā)光二極管組成，用于將微型電導(dǎo)傳感器測(cè)得的信號(hào)用發(fā)光二極管來(lái)顯示；所述體積流量計(jì)為橢圓齒輪流量計(jì)，其測(cè)量值不受油/水混合液體性質(zhì)的影響，其量程由測(cè)量要求確定；所述流速調(diào)節(jié)閥為不銹鋼球閥；所述循環(huán)泵為管道離心泵，依據(jù)需測(cè)量的流體最高流速選擇泵的功率。上述油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)測(cè)量裝置工作時(shí)，儲(chǔ)液罐中的油/水混合液體，經(jīng)過(guò)體積流量計(jì)進(jìn)入循環(huán)泵，循環(huán)泵使液體經(jīng)過(guò)流速調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入圓盤(pán)分水器，分為八個(gè)支路，從一端平行流入樣品槽，均勻流經(jīng)試驗(yàn)樣品表面(鑲嵌有微型電導(dǎo)傳感器的探頭)后，從樣品槽另一端流出，回注到儲(chǔ)液罐中；與此同時(shí)通過(guò)信號(hào)處理及顯示線路獲得由微型電導(dǎo)傳感器測(cè)量的其探頭表面液膜的電導(dǎo)值。用上述裝置測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的方法，包括如下步驟:I)將試驗(yàn)液體倒入儲(chǔ)液罐中，開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵，待試驗(yàn)液體油/水雙相混合并在整個(gè)裝置中平穩(wěn)循環(huán)流動(dòng)；2)給信號(hào)處理及顯示線路加電，發(fā)光二極管開(kāi)始閃爍；3)調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥，使體積流量計(jì)顯示的試驗(yàn)液體流速達(dá)到設(shè)定值；4)待發(fā)光二極管的工作狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄導(dǎo)通的發(fā)光二極管的數(shù)量；5)重復(fù)步驟3)、4)，直至完成所有設(shè)定流速下的測(cè)量工作；6)根據(jù)公式:水潤(rùn)濕百分比=(導(dǎo)通的發(fā)光二極管數(shù)量/傳感器的數(shù)量)X 100%，得到試驗(yàn)樣品表面的水潤(rùn)濕百分比。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明采用測(cè)量固體表面液膜電導(dǎo)值的方法判斷液膜的油/水性質(zhì)，根據(jù)探頭表面液膜推斷其附近液膜性質(zhì)，解決了在流動(dòng)狀態(tài)下金屬表面油/水潤(rùn)濕狀態(tài)的測(cè)量問(wèn)題。2、本發(fā)明設(shè)計(jì)和制作的微型電導(dǎo)傳感器，作為其探頭的端面面積小，兩極間的距離小，能夠在對(duì)液膜干擾盡可能小的條件下反映探頭附近試驗(yàn)樣品表面的潤(rùn)濕狀態(tài)。3、本發(fā)明采用大尺寸平板狀試驗(yàn)樣品，在試驗(yàn)樣品表面鑲嵌眾多微型電導(dǎo)傳感器，測(cè)量的信號(hào)采集靈敏迅速，能真實(shí)地即時(shí)地描述試驗(yàn)樣品表面的潤(rùn)濕狀態(tài)。4、本發(fā)明采用發(fā)光二極管隨時(shí)顯示所有微型電導(dǎo)傳感器的測(cè)量結(jié)果，直觀地反映了試驗(yàn)樣品表面的潤(rùn)濕狀態(tài)，便于計(jì)算試驗(yàn)樣品表面水潤(rùn)濕(或油潤(rùn)濕)所占百分比，并時(shí)觀察其變化。5、本發(fā)明采用了自行設(shè)計(jì)的圓盤(pán)分水器和兩側(cè)帶有8個(gè)通孔的樣品槽，保證了油/水雙相流體在大尺寸試驗(yàn)樣品表面各處的流速相同。6、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，裝置的每一部分均可以方便地拆卸、組合以及再改造。總之，本發(fā)明可以測(cè)量不同油/水體系、不同流速下金屬表面的潤(rùn)濕狀態(tài)，為研究金屬在油/水雙相流體系中的腐蝕磨損問(wèn)題提供了必要的手段。


圖1為本發(fā)明測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明裝置中樣品槽的結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明圓盤(pán)分水器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明微型電導(dǎo)傳感器示意圖。圖5為本發(fā)明信號(hào)處理及顯示線路框圖。圖6為利用本發(fā)明測(cè)量到的金屬(碳鋼)在油/水體系中潤(rùn)濕狀態(tài)(水潤(rùn)濕百分比)與流速(用單位時(shí)間流量表示)的關(guān)系曲線。圖中:1-循環(huán)泵，2-流速調(diào)節(jié)閥，3-圓盤(pán)分水器，4-樣品槽，5-信號(hào)采集及顯示線路，6-儲(chǔ)液罐，7-體積流量計(jì)，8-試驗(yàn)樣品，9-微型電導(dǎo)傳感器，10-入水口，11-緩沖腔，12-出水口，13-不銹鋼絲，14-不銹鋼管，15-絕緣材料。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)施例及附圖詳述本發(fā)明。本發(fā)明測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其組成包括儲(chǔ)液罐、體積流量計(jì)、循環(huán)泵、流速調(diào)節(jié)閥、圓盤(pán)分水器、樣品槽、試驗(yàn)樣品、微型電導(dǎo)傳感器和信號(hào)處理及顯示線路。所述儲(chǔ)液罐為Φ (150 250) X (300 500)的圓筒狀容器，由有機(jī)玻璃制成，圓筒壁下部有Φ (2.5 3.8)的出水孔，出水孔與體積流量計(jì)相連。所述體積流量計(jì)為橢圓齒輪流量計(jì)，其測(cè)量值不受油/水混合液體性質(zhì)的影響，其量程由測(cè)量要求確定。所述循環(huán)泵為管道離心泵，依據(jù)需測(cè)量的流體最高流速選擇泵的功率。
所述流速調(diào)節(jié)閥為不銹鋼球閥，兩端分別與循環(huán)泵出口和圓盤(pán)分水器入水口相連接。所述圓盤(pán)分水器由不銹鋼材料制作，包括I個(gè)Φ (2.5 3.8)的入水口和8個(gè)Φ (10 15)的出水口，出水口和入水口之間為Φ (80 100)的圓柱形緩沖腔；入水口從緩沖腔的一個(gè)端面進(jìn)入，其軸線與緩沖腔軸線重合；出水口從緩沖腔另一端面引出，8個(gè)出水口等距分布在端面Φ (50 70)的圓周上，其圓心軸線與緩沖腔軸線重合。所述樣品槽用有機(jī)玻璃制作，尺寸為(200 300) X (100 200) X (100 150)(長(zhǎng)X寬X高)；樣品槽底板中央開(kāi)一盲槽，尺寸為(150 180) X (80 100) X 5 (長(zhǎng)X寬X深)，在盲槽底部鉆(150 200)個(gè)均勻分布的Φ (1.5 2.0)的通孔；在樣品槽兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面下部分別開(kāi)8個(gè)通孔，各通孔的圓心距底面距離相等，均為(4 6)mm，其中一偵_ Φ (7 10)通孔為進(jìn)水孔，另一側(cè)的Φ (8 12)通孔為排水孔，以保證進(jìn)入樣品槽的水能及時(shí)排出。所述試驗(yàn)樣品尺寸為(150 180) X (80 100) X 5 (長(zhǎng)X寬X高)，在試驗(yàn)樣品上鉆(150 200)個(gè)均勻分布的Φ (1.5 2.0)的通孔，試驗(yàn)樣品上所鉆的各通孔必須與盲槽底部所鉆的各通孔--對(duì)應(yīng)并同軸等徑。所述微型電導(dǎo)傳感器是將Φ (0.4 0.6) X (100 200)不銹鋼絲用絕緣材料固封在φ (1.5 2.0) X (30 50)的薄壁(壁厚0.15 0.20)不銹鋼管中，制成(150 200)個(gè)微型電導(dǎo)傳感器；不銹鋼絲為傳感器的一極，不銹鋼管為另一極，中間的絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂和熱縮套管等；作為探頭的傳感器端面用砂紙研磨平整。將試驗(yàn)樣品放入樣品槽底部的盲槽中，將(150 200)個(gè)微型電導(dǎo)傳感器插入盲槽上(150 200)個(gè)均勻分布的Φ (1.5 2.0)通孔，——對(duì)應(yīng)地穿過(guò)試驗(yàn)樣品上(150 200)個(gè)均勻分布的Φ (1.5 2.0)通孔，使作為傳感器探頭的端面與試驗(yàn)樣品表面平齊，用環(huán)氧樹(shù)脂填充試驗(yàn)樣品與樣品槽底部盲槽及微型電導(dǎo)傳感器之間的所有空隙，防止液體泄露。所述信號(hào)處理及顯示線路主要由電源、反相器、比較電阻、保護(hù)電阻和發(fā)光二極管組成，信號(hào)處理及顯示線路用于將微型電導(dǎo)傳感器測(cè)得的電阻信號(hào)用發(fā)光二極管來(lái)顯示。當(dāng)油/水混合液體接觸微型電導(dǎo)傳感器的探頭時(shí)，探頭表面的液膜阻值大于比較電阻時(shí)，反相器的輸入端為高電位，輸出端為低電位，發(fā)光二極管截止；反之，探頭表面的液膜阻值小于比較電阻時(shí)，反相器的輸入端為低電位，輸出端為高電位，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。所述圓盤(pán)分水器與樣品槽的連接及樣品槽與儲(chǔ)液罐的連接都采用8根尺寸適當(dāng)?shù)墓柘鹉z管，儲(chǔ)液槽與體積流量計(jì)之間及體積流量計(jì)與循環(huán)泵之間采用耐壓塑料管連接。上述油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)測(cè)量裝置作業(yè)時(shí)，儲(chǔ)液罐中的油/水混合液體，經(jīng)過(guò)體積流量計(jì)進(jìn)入循環(huán)泵，循環(huán)泵使液體經(jīng)過(guò)流速調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入圓盤(pán)分水器，分為8個(gè)支路，從一端平行流入樣品槽，均勻流經(jīng)試驗(yàn)樣品表面(鑲嵌有微型電導(dǎo)傳感器的探頭)后，從樣品槽另一端流出，回注到儲(chǔ)液罐中；與此同時(shí)通過(guò)信號(hào)處理及顯示線路，利用發(fā)光二極管顯示微型電導(dǎo)傳感器探頭表面液膜的電導(dǎo)情況。實(shí)施例1本發(fā)明各部件的尺寸和連接:
如圖1所示，本發(fā)明測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置包括循環(huán)泵1、流速調(diào)節(jié)閥2、圓盤(pán)分水器3、樣品槽4、信號(hào)采集及顯示線路5、儲(chǔ)液罐6、體積流量計(jì)7、試驗(yàn)樣品8和微型電導(dǎo)傳感器9。循環(huán)泵I為750W管道離心泵；儲(chǔ)液罐6為Φ 150 X 300的圓筒狀容器，用有機(jī)玻璃制成，圓筒壁下部有Φ2.54的出水孔；圓盤(pán)分水器3由不銹鋼材料制作，包括I個(gè)Φ2.54的入水口 10和8個(gè)Φ 10的出水口 12，出水口 12和入水口 10之間為Φ85的圓柱形緩沖腔11 ；入水口 10從緩沖腔11的一個(gè)端面進(jìn)入，其軸線與緩沖腔11的軸線重合；出水口 12從緩沖腔11的另一端面引出，8個(gè)出水口等距分布在端面Φ50的圓周上，其圓心軸線與緩沖腔11的軸線重合，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示；流速調(diào)節(jié)閥2為不銹鋼球閥；體積流量計(jì)7為橢圓齒輪流量計(jì)，量程為0.6 6m3/h ;樣品槽4用有機(jī)玻璃制作，尺寸為250 X 150 X 130 (長(zhǎng)X寬X高)；樣品槽4底板中央開(kāi)一盲槽，尺寸為160X80X5(長(zhǎng)X寬X深)，在盲槽底部鉆160個(gè)均勻分布的Φ1.8通孔；在樣品槽4兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面下部分別開(kāi)8個(gè)通孔，各通孔的圓心距底面距離均為4mm，其中一側(cè)的Φ7通孔為進(jìn)水孔，另一側(cè)的Φ8通孔為排水孔，以保證進(jìn)入樣品槽的水能及時(shí)排出，如圖2所示；試驗(yàn)樣品8尺寸為160X80X5(長(zhǎng)X寬X高)，在試驗(yàn)樣品上鉆160個(gè)均勻分布的Φ 1.8的通孔，各通孔必須與盲槽4底部所鉆的各通孔一一對(duì)應(yīng)并同軸等徑；微型電導(dǎo)傳感器9由Φ0.5X150不銹鋼絲13用絕緣材料15固封在Φ1.78X30的薄壁不銹鋼管14中制成，中間的絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂和熱縮套管等，端面用砂紙研磨平整作為傳感器的探頭，參見(jiàn)圖4 ;將試驗(yàn)樣品8放入樣品槽4底部的盲槽中，將160個(gè)微型電導(dǎo)傳感器9經(jīng)盲槽中的通孔插入試驗(yàn)樣品8的通孔，使作為傳感器探頭的端面與試驗(yàn)樣品8表面平齊，用環(huán)氧樹(shù)脂填充試驗(yàn)樣品8與試驗(yàn)樣品槽4底部盲槽及微型電導(dǎo)傳感器9之間的所有空隙，防止液體泄露；信號(hào)處理及顯示線路主要由電源(DC5V)、54反相器(CD4069UBE)、160個(gè)比較電阻(1M Ω )、160個(gè)保護(hù)電阻(2k Ω)和160個(gè)發(fā)光二極管組成，電子線路框圖如圖5。循環(huán)泵I的出水口與流速調(diào)節(jié)閥2的一端相連；流速調(diào)節(jié)閥2的另一端與圓盤(pán)分水器3的入水口 10相連；采用8根硅橡膠管把圓盤(pán)分水器3的8個(gè)出水口 12與樣品槽4的8個(gè)進(jìn)水孔分別連接起來(lái)；把8根硅橡膠管一端與樣品槽4的8個(gè)排水孔分別相連，另一端插入儲(chǔ)液罐6中；采用耐壓塑料管將儲(chǔ)液罐6的出水口與體積流量計(jì)7的一端相連；體積流量計(jì)7的另一端采用耐壓塑料管與循環(huán)泵I的入水口相連。實(shí)施例2本發(fā)明測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的方法:以測(cè)量某種油/水雙相體系在流動(dòng)過(guò)程中不銹鋼類試驗(yàn)樣品表面的潤(rùn)濕狀態(tài)為例:1、樣品制備 試驗(yàn)液體為體積百分含量為20 %的蒸餾水與體積百分含量為80 %的3號(hào)白油混合液體；試驗(yàn)樣品由304不銹鋼經(jīng)機(jī)加工制成。2、測(cè)量過(guò)程I)將按預(yù)定體積比配制的試驗(yàn)液體倒入儲(chǔ)液罐6中，開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵I，待液體油/水雙相混合并在整個(gè)裝置中平穩(wěn)循環(huán)流動(dòng)；2)給信號(hào)處理及顯示線路5加電，發(fā)光二極管開(kāi)始閃爍；3)調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥2，使體積流量計(jì)7顯示的試驗(yàn)液體流速(單位時(shí)間流量)達(dá)到設(shè)定值；4)待發(fā)光二極管的工作狀態(tài)穩(wěn)定后(10 20min)，記錄導(dǎo)通的發(fā)光二極管的數(shù)量;5)調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥2，使體積流量計(jì)7顯示的流速達(dá)到另一設(shè)定值；6)待發(fā)光二極管的工作狀態(tài)穩(wěn)定后(10 20min)，再次記錄導(dǎo)通的發(fā)光二極管的
數(shù)量；7)重復(fù)5)、6)，直至完成所有設(shè)定流速下的測(cè)量工作。8)試驗(yàn)樣品表面的水潤(rùn)濕百分比=(導(dǎo)通的發(fā)光二極管數(shù)量/160) X 100%，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖6。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:該裝置包括儲(chǔ)液罐、體積流量計(jì)、循環(huán)泵、流速調(diào)節(jié)閥、圓盤(pán)分水器、樣品槽、試驗(yàn)樣品、微型電導(dǎo)傳感器和信號(hào)處理及顯示線路；其中，圓盤(pán)分水器包括入水口、緩沖腔和多個(gè)出水口，入水口開(kāi)設(shè)在緩沖腔的一個(gè)端面上，出水口開(kāi)設(shè)在緩沖腔的另一個(gè)端面上； 所述樣品槽底部中央開(kāi)設(shè)一盲槽，盲槽底部開(kāi)設(shè)多個(gè)均勻分布的通孔，在樣品槽兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面下部分別開(kāi)設(shè)多個(gè)進(jìn)水口和多個(gè)排水口，進(jìn)水口、排水口的數(shù)量與圓盤(pán)分水器出水口的數(shù)量相同； 所述儲(chǔ)液罐的出水口與體積流量計(jì)的一端連接，體積流量計(jì)的另一端與循環(huán)泵入口連接，循環(huán)泵的出口連接流速調(diào)節(jié)閥一端，流速調(diào)節(jié)閥另一端連接圓盤(pán)分水器的入水口 ；所述圓盤(pán)分水器的出水口與樣品槽的進(jìn)水孔連接，樣品槽的排水口與儲(chǔ)液罐連接； 所述微型電導(dǎo)傳感器是將不銹鋼絲用絕緣材料固封在薄壁不銹鋼管中制成，不銹鋼絲的長(zhǎng)度大于薄壁不銹鋼管的長(zhǎng)度，不銹鋼絲一端與薄壁不銹鋼管的一端在同一平面上，該平面為微型電導(dǎo)傳感器的探頭，不銹鋼絲為微型電導(dǎo)傳感器的一極，不銹鋼管為微型電導(dǎo)傳感器的另一極； 所述試驗(yàn)樣品上開(kāi)設(shè)多個(gè)均勻分布的通孔，其與盲槽底部的通孔數(shù)量相等，且一一對(duì)應(yīng)后同軸等徑；試驗(yàn)樣品置于樣品槽底部的盲槽中，微型電導(dǎo)傳感器插入盲槽上的各個(gè)通孔，并一一對(duì)應(yīng)地穿過(guò)試驗(yàn)樣品上的各個(gè)通孔，微型電導(dǎo)傳感器的探頭與試驗(yàn)樣品的上表面平齊；所述微型電導(dǎo)傳感器連接信號(hào)處理及顯示線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂或熱縮套管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述信號(hào)處理及顯示線路主要由電源、反相器、比較電阻、保護(hù)電阻和發(fā)光二極管組成，用于將微型電導(dǎo)傳感器測(cè)得的信號(hào)用發(fā)光二極管來(lái)顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述圓盤(pán)分水器的緩沖腔為兩端封閉的不銹鋼圓筒，各個(gè)出水口圍繞緩沖腔另一端面的中心設(shè)置且間距相等，各個(gè)出水口到緩沖腔另一端面的中心距離相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述儲(chǔ)液罐為圓筒狀容器，由有機(jī)玻璃制成，其出水口設(shè)置于其側(cè)壁下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述儲(chǔ)液罐與體積流量計(jì)之間及體積流量計(jì)與循環(huán)泵之間采用耐壓塑料管連接；所述圓盤(pán)分水器的出水口通過(guò)硅橡膠管與樣品槽的進(jìn)水孔連接，樣品槽的排水口連接硅橡膠管，其另一端由儲(chǔ)液罐頂部導(dǎo)入儲(chǔ)液罐。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述樣品槽為無(wú)蓋的長(zhǎng)方形容器，由有機(jī)玻璃制作，樣品槽側(cè)面各進(jìn)水口和排水口的圓心距樣品槽底面距離相等，樣品槽進(jìn)水孔的面積小于其排水孔的面積；試驗(yàn)樣品與樣品槽底部的盲槽及微型電導(dǎo)傳感器之間的空隙以環(huán)氧樹(shù)脂填充。
8.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置，其特征在于:所述體積流量計(jì)為橢圓齒輪流量計(jì)；所述流速調(diào)節(jié)閥為不銹鋼球閥；所述循環(huán)泵為管道離心泵。
9.一種用權(quán)利要求1-8任一所述的裝置測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)將試驗(yàn)液體倒入儲(chǔ)液罐中，開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵，待試驗(yàn)液體油/水雙相混合并在整個(gè)裝置中平穩(wěn)循環(huán)流動(dòng)； 2)給信號(hào)處理及顯示線路加電，發(fā)光二極管開(kāi)始閃爍； 3)調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥，使體積流量計(jì)顯示的試驗(yàn)液體流速達(dá)到設(shè)定值； 4)待發(fā)光二極管的工作狀態(tài)穩(wěn)定后，記錄導(dǎo)通的發(fā)光二極管的數(shù)量； 5)重復(fù)步驟3)、4)，直至完成所有設(shè)定流速下的測(cè)量工作； 6)根據(jù)公式:水潤(rùn)濕百分比=(導(dǎo)通的發(fā)光二極管數(shù)量/傳感器的數(shù)量)X100%，得到試驗(yàn)樣品表面的水 潤(rùn)濕百分比。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量油/水雙相流體系中金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的裝置及方法，屬于金屬表面油/水潤(rùn)濕狀態(tài)的測(cè)量領(lǐng)域。本發(fā)明裝置包括儲(chǔ)液罐、體積流量計(jì)、循環(huán)泵、流速調(diào)節(jié)閥、圓盤(pán)分水器、樣品槽、試驗(yàn)樣品、微型電導(dǎo)傳感器和信號(hào)處理及顯示線路。該裝置利用鑲嵌在試驗(yàn)樣品表面的微型電導(dǎo)傳感器測(cè)量探頭附近金屬表面液膜的電導(dǎo)率，由于油與水的電導(dǎo)率存在顯著差別，測(cè)量結(jié)果可以反映探頭附近金屬表面的潤(rùn)濕狀態(tài)。大量微型電導(dǎo)傳感器測(cè)得的信號(hào)用發(fā)光二極管來(lái)顯示，從而獲得試驗(yàn)樣品表面水潤(rùn)濕(或油潤(rùn)濕)所占百分比。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同成分的油/水雙相流體在不同流速下金屬表面潤(rùn)濕狀態(tài)的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N13/00GK103207133SQ20121000758
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者段德莉, 李曙, 胡紫陽(yáng), 易凡, 侯思焓, 張榮祿, 王鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所