176130. lajstromszámú szabadalom • Berendezés folyadék, folyadék-gáz-folzadék rendszerek felületi és határfelületi feszültségének mérésére, nagy nyomáson és magas hőmérsékleten
3 176130 4 kapilláris foglal helyet, amelyek közül a méréshez legmegfelelőbb mérés közben, a kialakított nyomáson és hőmérsékleten egy külső karral forgatható a cseppkialakítás helyére, továbbá, amely cellának belső terében, a mérőkapillárisok között, több mérőlemezke egyidejű rögzítésére, előnyösen 4 db rögzítésére alkalmas lemezkonzol helyezhető el, amelyre a kapilláris csúcsán kialakított cseppet annak fényképezése előtt vagy után, a kapilláris csúcsról leszakítva, rá lehet ültetni, és az ily módon ráültetett csepp képét optikai úton, előnyösen fényképezéssel rögzíteni lehet, és ez lehetővé teszi egyidejű (szimultán) alkalmazását a függő-csepp és ülőcsepp módszernek, mint egymást jól kontrolláló mérési módszereknek egyetlen vagy egymást követően kialakított két folyadékcseppen keresztül, attól függően, hogy szimultán komparációt, vagy egyensúlyi komparációt kívánunk alkalmazni a mérés során. A berendezés alkalmasan kialakított mérőcella, amelyet önmagukban ismert, alkalmasan megválasztott kisegítő egységekkel együttesen alkalmazunk, mérési céljainktól függő kombinációkban. Az előnyös elemekből összeszerelt, minimális holtterű rendszert alkalmas termosztátban, előnyösen légtermosztátban helyezzük el, amelynek kezelő szervei (szelepek stb.) a műszerházon kívül kezelhetők. A találmány szerinti berendezés kiviteli példáját az 1. ábra ismerteti. Az 1 mérőcella testének tengelyében, a cella furatában helyezkedik el a szükséges kapilláris-számmal szerelt kapillárist pozicionáló 2 forgó gyűrű, amelynek homlokfogazású felületéhez csatlakozik a 6 forgatókar, amely a kívülről történő kapilláris pozicionálást biztosítja. A kapillárist pozicionáló 2 forgó gyűrűvel azonos módon illeszkedik a cella belső terébe a lemez pozicionáló 5 forgó gyűrű, amely a 4 lemezkonzolnak az í mérő cella tengelyében való tartását és forgathatóságát biztosítja, a homlokfogazáson keresztül hozzá csatlakozó 7 forgatókar segítségével. Az 1 mérőcella test két végét a 8 látóüvegek zárják le, amelyek a cella tengelyében történő megvilágítást és fényképezést biztosítják. A határfelületi feszültség mérése függő-csepp módszerrel úgy történik, hogy a 2 forgó gyűrűben elhelyezett, alkalmasan tömített 3 kapillárison keresztül a könnyebb fajsúlyú folyadékból az 1 mérőcella terében levő folyadékban cseppet alakítunk ki oly módon, hogy a kialakított csepp a kapillárison „függjön” vagy onnan leszakadva azonnal a 4 lemezkonzol kiválasztott oldalán levő lemezre „üljön” fel. Az alternatívát az alkalmazandó mérés szerint választjuk meg. Általános megoldásként, a kapillárison a kisebb sűrűségű fázis (pl. olaj) cseppjét alakítjuk ki, ekkor a mérőkapilláris természetesen a cella alsó felén helyezkedik el, míg a nehezebb fázis (pl. víz) a cella terét tölti ki. A 4 lemezkonzol oldalaira, alkalmas módon, olyan lemezkéket vagy kőzetcsiszolatokat erősítünk fel, amelyeket a mérés során használni kívánunk (pl. platina, üveg, kvarc, mészkő stb.). Az 1. ábra alapján bemutatunk néhány mérési példát. 1. Határfelületi feszültség mérése, szimultán komparációval. Tekintsünk egy víz-olaj rendszert, amelynek jellemző határfelületi feszültség értékét kívánjuk megmérni, az egyensúlyi érték beállásáig, a függő- és ülőcsepp módszerek szimultán alkalmazásával. Ekkor a 3 kapillárison, a 9 és 12 szelepek megnyitása után, alkalmas kéthatású pumpa bekapcsolásával, olajcseppet alakítunk ki, amit azonnal leszakítva ráültetünk a 4 lemezkonzol kiválasztott lemezkéjére, majd rögtön ezután egy újabb cseppet alakítunk ki a 3 kapillárison, amit azonban a kapillárison függni hagyunk. A lemezre ültetett és a függő csepp egyidejű fényképezésével, a felvételek alapján, kívánt időtartamig, két egymástól eltérő elvre épülő módszerrel, egyidejűleg (szimultán) tudunk méréseket végezni, határfelületi feszültség értékeket számítani és összehasonlítani (komparálni). Amennyiben a mérés során az derülne ki, hogy a kiválasztott 3 kapilláris a határfelületi feszültség mérésére annak esetleg túlzottan alacsony értéke miatt nem alkalmas, a rendszer megzavarása, bontása nélkül a 6 forgatókarral a 3 kapillárist pozicionáló 2 forgó gyűrű megfelelő kapillárisát tudjuk a szükséges mérő állásba forgatni, majd a 4 lemezkonzol újabb lemezkéjének beforgatása után a cseppek kialakításával a mérést azonnal újra lehet kezdeni. Amennyiben a vizsgálat azt kívánja, hogy a cseppet a nagyobb sűrűségű folyadékból alakítsuk ki, úgy a 3 kapillárist a 2 forgó gyűrűvel a cella felső részére fordítjuk, mérőállásba helyezzük, a kisebb sűrűségű fázissal töltjük meg a cellát, majd a 10 és 11 szelepek nyitása után bekapcsolt cseppkialakítóval a cseppeket az előbb ismertetett módon mérési helyzetbe állítjuk. Amennyiben a szimultán komparációs mérést gáztelítéssel akarjuk végezni, a mérendő folyadékokat a kívánt nyomáson és hőmérsékleten a kapcsolódó berendezésekben telítjük a gázzal, majd a gázzal telített folyadékokat a fentiekben leírt módon vezetjük a cellába, a szükséges gázpárnát pedig a 13 szelepen keresztül biztosítj uk. 2. Határfelületi feszültség mérése, egyensúlyi komparációval. A vizsgált víz-olaj rendszer egyensúlyi határfelületi feszültség értékeit úgy hasonlítjuk össze a két független módszerrel, hogy a fentebb ismertetett módon a kapillárison kialakított cseppet addig hagyjuk „függeni”, amíg a cseppkontúrokból meghatározható határfelületi feszültség értéke az idővel már nem változik. Ekkor a cseppet a 3 kapillárisról, a 9 szelepen keresztül történő folyadék bevezetésével leszakítjuk, és felültetjük a 4 lemezkonzol kiválasztott lemezkéjére. A lemezkén a csepp geometriai adataiból kiszámítható határfelületi feszültség a függő cseppen mért értéknek független kontrollja lesz. A 4 lemezkonzolra felültetett csepp geometriai adatai nemcsak a határfelületi feszültség értékét teszik számíthatóvá, hanem további információként kiszámíthatjuk a lemezke-folyadék-cseppfolyadék hármas peremvonalára jellemző nedvesítési vagy peremszöget (cos 0 ) is. Az 1. ábra szerinti cella 2 és 5 forgó gyűrűi több kiviteli formában készíthetők el, a mérési céltól függően. A mérőrendszer működtethető az 5 forgó gyűrű és a 4 lemezkonzol nélkül is, ilyen esetben az 5 forgó gyűrű helyére támgyűrű kerül. Olyan esetben, amikor a rendszert a csepptérfogat elvén működő határfelületi feszültség mérőként kívánjuk alkalmazni, csak a 2 forgó gyűrűt használjuk, ebben az esetben célszerűen páratlan számú kapillárissal (három vagy öt), és a 3 kapillárison keresztül folyamatosan vezetjük az egyik folyadékfázist a másik folyadékfázisba, vagyis a cseppeket folyamatosan leszakítjuk. Ekkor a cseppek kialakuló térfogata lesz jellemző a rendszer határfelületi feszültségére, vagyis a cseppek számából és a kialakításukhoz szükséges térfogatból lehet a határfelületi feszültséget kiszámítani. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
