一种用于负温高压的伽马射线密度测量系统及方法与流程

技术特征：

1.一种用于负温高压的伽马射线密度测量系统，其特征在于，包括放置待测流体的储液箱(1)以及与其连接的恒流泵(2)，恒流泵(2)通过测试前管路与伽马射线密度测量装置(10)相连接，在测试前管路上依次设有过滤器(3)、质量流量计(4)、调节阀(5)和负温恒温槽(7)；

所述的伽马射线密度测量装置(10)包括位于同一直线的伽马射线源(11)、置于保温箱(13)内的测试管路(12)和接收器(14)，信号处理设备(15)与接收器(14)相连接，测试管路(12)分别与测试前管路、测试后管路相连接；

测试后管路上依次连接过滤器(3)、冷凝器(17)和背压阀(18)，测试后管路最后通入废液箱(19)；

所述的负温恒温槽(7)包括以盘管形式置于冷却介质中的合金钢管(9)以及搅拌棒(8)；经负温恒温槽(7)冷却，测试管路(12)中待测流体温度范围为-60～-10℃；

所述的冷却介质为甲基硅油，合金钢管(9)以螺旋盘管的方式置于冷却介质浴中，冷却介质由制冷机提供冷源并维持其温度；所述负温恒温槽(7)外周、及负温恒温槽(7)出口至测试管路(12)出口之间的管路上均设置有隔热材料或隔热装置，调控测试管路(12)中待测流体温度控制精度在±0.1℃以内。

2.如权利要求1所述的用于负温高压的伽马射线密度测量系统，其特征在于，通过恒流泵(2)调控流体进入管路的流量、压力，并结合背压阀(18)的关闭程度，使测试管路(12)中流体压力为0.1～10MPa，调节精度在±0.1MPa以内。

3.如权利要求1或2所述的用于负温高压的伽马射线密度测量系统，其特征在于，所述伽马射线源(11)和接收器(14)两端分别加置有隔热板；

保温箱(13)外覆盖有保温棉(22)，保温箱(13)内还充入有冷却至待测温度的氮气，氮气流动方向与测试管路中流体的流动方向相反，氮气流量不超过10ml/min；测试管路(12)、氮气管路(26)与保温箱(13)的接管处均用密封剂粘合，测试管路(12)内的流体进出口温度由铂电阻温度传感器(21)测量，以进出口流体温度的平均值作为所测流体的定性温度；在测试管路(12)的外壁上还设有多个热电偶(24)监测壁温；测试管路进出口流体温差控制在±0.1℃之内；

所述伽马射线密度测量装置(10)内还设有铅块校准器，铅块校准器分别设置在放射源出口以及接收器入口处，其孔径与测试管路(12)内径一致；所述的接收器(14)为NaI闪烁计数器，信号处理设备(15)采集接收器(14)的信号，经处理获得计数率。

4.如权利要求3所述的用于负温高压的伽马射线密度测量系统，其特征在于，所述射线源(11)与测试管路(12)间距为6.0mm，接收器(14)与测试管路(12)间距为9.0mm；测试管路(12)的内径为测试前管路内径、测试后管路内径的5倍，测试管路(12)的长度取测试前管路内径、测试后管路内径的9倍的长度。

5.如权利要求1所述的用于负温高压的伽马射线密度测量系统，其特征在于，所述的测试前管路上、所述的测试管路(12)前后两端以及保温箱(13)中均设有温度传感器(6)，测试后管路上设有压力传感器(16)；温度传感器、压力传感器分别通过三通接头与管路相连接；

各个位置的温度传感器、压力传感器以及信号处理设备(15)还向采集系统(20)发送其所采集的数据或信号。

6.一种用于负温高压的伽马射线密度测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述密度测量系统，包括以下操作：

1)根据待测流体，选择高密度标准流体、低密度标准流体，其中已知高密度标准流体的密度为ρH，低密度标准流体的密度为ρL；

2)将装有低密度标准流体储液箱(1)与恒流泵(2)连通，以一定体积流量依次流经质量流量计(4)、测试管路(12)后流出，其中管路中温度、压力调节为预设值，通过信号处理设备(15)获取其计数率ΦL；

3)将装有高密度标准流体储液箱(1)与恒流泵(2)连通，以一定体积流量依次流经质量流量计(4)、测试管路(12)后流出，其中管路中温度、压力调节为预设值，通过通过信号处理设备(15)获取其计数率ΦH；

4)将装有待测流体储液箱(1)与恒流泵(2)连通，以一定体积流量依次流经质量流量计(4)、测试管路(12)后流出，其中管路中温度、压力调节为预设值，通过信号处理设备(15)获取其计数率Φ；

5)将ρH、ρL、ΦH、ΦL和Φ代入公式(8)，求出待测流体的密度；

其中Φ为待测流体实测计数率，ΦH为射线穿过高密度标准流体计数率，ΦL为射线穿过低密度标准流体计数率。

7.如权利要求6所述的用于负温高压的伽马射线密度测量方法，其特征在于，所述的公式(1)中计数率是替代射线强度测量而获取的：

当流体流入并充满测试管路(12)，伽马射线源(11)发射的射线穿过测试管路(12)时，接收器(14)所测得的射线强度表示为：

I＝I0exp[-(μ/ρ)fρfx]·[-(μ/ρ)wρwx] (1)

其中I0和I分别表示射线穿过被测流体前、后所测得的强度，μ/ρ为质量吸收系数，ρ为所测物质的密度，x为射线穿透流体的厚度，下标w和f分别代表测试管壁和测试流体；

当高密度标准流体和低密度标准流体分别流经测试管路(12)，得到射线强度的表达式为：

IH＝I0exp[-(μ/ρ)HρHx]·[-(μ/ρ)wρwx] (2)

IL＝I0exp[-(μ/ρ)LρLx]·[-(μ/ρ)wρwx] (3)

将公式(2)、(3)分别与公式(1)进行对比，对数化处理后得到：

ln(IH/IL)＝(-μ/ρ)Hx-(-μ/ρ)LρLx (4)

ln(IH/I)＝(-μ/ρ)HρHx-(-μ/ρ)fρfx (5)

合并(4)(5)得到如下方程：

若所测试流体的质量吸收系数相同，则公式(6)简化为：

测量过程中采用信号处理设备(15)测得的计数率替代射线强度测量：

8.如权利要求6或7所述的用于负温高压的伽马射线密度测量方法，其特征在于，所述的高密度标准流体、低密度标准流体的选择为：低密度标准流体密度要小于所测流体测量范围内的最低密度，高密度标准流体密度要大于所测流体测量范围内的最大密度；

所述的测试管路(12)中流体要充满管路，温度范围为：-60～-10℃，压力范围为：0.1～10Mpa；

伽马射线的发射强度范围为：60～700kev。