一种高温高压液体密度测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于极端压力和温度下液体基本性能测量领域，具体涉及一种高温高压液 体密度的测量装置和测量方法。
【背景技术】
[0002] 密度是材料的物理化学性质中一种十分重要的物理量，特别是对于液体，密度与 液体的粘度、折射率、扩散性能等宏观性能密切相关。因此，准确测量液体在反应状态下的 密度参数及其变化情况，对于拓展不同液体在生产和生活中的应用领域具有重要意义。随 着海洋石油等资源勘探开发的发展，对高温高压条件下测量液体密度的装置的需求越来越 迫切。另外，对于科学研究中，一些液体材料在高温高压下表现出的优异性能，也使得研究 者对高温高压下液体密度的测量及其方法产生了浓厚的兴趣。然而，由于高温高压属极端 条件，液体材料容易泄漏，实现这种极端条件下液体密度的测量相对比较困难，相应的装置 也较少。
[0003] 实用新型专利(CN00233404.6)提出了一种高温高压下测定液体PVT关系的高温高 压PVT测试仪，主要特点是能够进行高温高压下PVT测量，但是适用的温度(室温-230°c)和 压力范围较小（〇.l-25MPa)，不适用于更宽范围考查油品密度；实用新型专利 (CN201653848U)提出一种高温高压油品密度的测量装置和测量方法，主要是针对高温高压 PVT测量仪进行了改进，能够实现测定温度从100°C_550°C，压力从0.1MPa-25MPa的不同液 相产品的密度测量。但是，测定压力的上限仍为25MPa，不适用于更宽压力范围考查液体密 度，且结构复杂、过程繁琐。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种高温高压液体密度测量装置 和测量方法。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：一种高温高压液体密度测量装置，包括加压系 统、加热系统和测量系统，所述加压系统包括液压实验机、圆筒和活塞，密封盒处于上下两 个活塞之间，密封盒由上盒体和下盒体组成，上盒体处于下盒体内；所述测量系统包括位移 传感器和压力传感器，位移传感器与数据采集卡相连，压力传感器与液压实验机油缸、数据 采集卡相连，数据采集卡与控制装置相连，所述加热系统包括设置在圆筒外的加热套，加热 套与功率变压器、继电器相连，继电器与温度控制器相连，温度控制器与热电偶相连。
[0006] 所述密封盒为金属或塑料密封盒，所述圆筒为碳化钨硬质合金圆筒。
[0007] -种高温高压液体密度测量方法，是按照下述步骤进行的：（1)将待测液体装入密 封盒内，并完全装满，称取液体质量mo、记录密封盒的内径和深度；
[0008] (2)开启加热系统，将圆筒升温至预定值，维持温度稳定；
[0009] (3)开启加压系统增压，同时测量系统开始工作，采集压力值与位移值随时间的变 化曲线；
[0011]其中，mo为液体的初始质量，
[0012] r为圆筒的半径，
[0014] Si是样品在实际测量中竖直方向上减小的位移，
[0015] S'是系统误差的位移补偿，
[0016] Ρ ( D为常温常压液体样品密度。
[0017] 本发明实现了高温高压条件下液体密度的测量，最高测量温度为500°C，最大测量 压力为lOOOMPa，远大于已有的高压密度装置的测量范围（25MPa);且操作简单、精确度高、 重现性好;装置采用了活塞圆筒机械式增压，突破了液体增压的压力极限，大大提高了测量 液体密度的压力范围；采用聚四氟乙烯材料作为密封材料，有利于提高系统的密封性和重 复性;测量系统采用动态测量模式，提高了测量结果的实效性和连续性。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
[0020] 图2为密封盒结构示意图。
[0021] 图3为加热系统结构示意图。
[0022]图4为测量系统结构示意图。
[0023]其中：1.加压系统，101.密封盒，102.活塞，103.圆筒，104.液压实验机，2.加热系 统，201.加热套，202.热电偶，203.继电器，204.功率变压器，205.温度控制器，3.测量系统， 301.位移传感器，302.数据采集卡，303.压力传感器，304.控制装置。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]如图1~4所示，一种高温高压液体密度测量装置，包括加压系统1、加热系统2和测 量系统3,所述加压系统1包括液压实验机104、圆筒103和活塞102,密封盒101处于上下两个 活塞102之间，密封盒101由上盒体和下盒体组成，上盒体处于下盒体内；所述测量系统3包 括位移传感器301和压力传感器303,位移传感器301与数据采集卡302相连，压力传感器303 与液压实验机104油缸、数据采集卡302相连，数据采集卡302与控制装置304相连，所述加热 系统2包括设置在圆筒103外的加热套201，加热套201与功率变压器204、继电器203相连，继 电器203与温度控制器205相连，温度控制器205与热电偶202相连。
[0026]其中，加压系统1用于容纳液体并为液体提供高压环境;加热系统2用于为液体提 供稳定的高温环境;测量系统3用于测量增压过程中液体体积的变化。
[0027]所述密封盒101为金属或塑料密封盒，比如说采用铝、铜、聚四氟乙烯或尼龙等，所 述圆筒103为碳化钨硬质合金圆筒，圆筒直径为16、20、22或26mm。
[0028] 本申请中用到的液压实验机104为两面顶液压机，最大工作载荷2000KN，最大工作 距离为400mm，增压速度为0.1-10MPa/min，优选0.1MPa/min。加热系统2中的电阻式的加热 套201的电阻丝材质可为铁铬铝合金、镍铬电热合金，优选镍铬电热合金，最大功率为2500-3000kW。热电偶202为K型探针热电偶，测量范围0-1300°C;功率变压器204为220V/5kW单相 变压器;继电器203为单相固态继电器，直流控交流，负载电流40A，负载电压:24-480V/AC。 温度控制器205为RKC型PID数显温度控制器，取样周期0.5s，模糊PID控制，分辨率1°C、0.1 Γ。
[0029] 所述测量系统中的位移传感器301为高精度接触式数字位移传感器和非接触式激 光位移传感器，优选接触式数字位移传感器，有效测量范围> 12_，分辨率>0. Ιμπι，机械响应 10Hz;压力传感器303为数字压力传感器，分辨率〈0 · OIMPa，最小响应时间<3ms;数据采集卡 302为可直接连接各种类型传感器的多种传感器测量模块，采样频率>960Hz，独立的数字输 出和输入通道;测量装置耐温上限为500°C，耐压上限为lOOOMPa，控制装置采用计算机。
[0030] 加热系统中的热电偶位于所述圆筒上部，用于测量圆筒的温度，热电偶与活塞横 向距离3-5cm，优选为4cm，纵向距离20-30cm，优选为25cm。所述测量系统中包括T和" T"两 块钢质横梁，分别固定于所述活塞圆筒的上、下活塞的末端，用于固定所述位移传感器。
[0031] 本发明使用的时候，先将液体充满整个密封盒101中，然后将加压系统的压力增加 至预定压力值;开启加热系统，为液体进行升温至预定温度值，并保持恒定;开启测量系统， 设定液压实验机104的增压速度对圆筒进行稳定加压，同时采用数据采集卡302记录位移传 感器301和压力传感器303的变化值，根据初始环境下液体的质量、体积及位移与密度的关 系，可以建立液体样品在一定温度下压力与密度的对应关系，给出在测量温度