Brevet FR2543297A1 — publié le 19840928

La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé de mesure des caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide, par exemple de l'huile. Des équipements permettant de telles mesures sont connus, et notamment permettant d'opérer sur de faibles quantités de fluide, tels que décrits par exemple dans la demande de brevet au nom de la demanderesse nO 82 07121 déposée le 26 avril 1982. La pression, le volume spécifique d Fr échantillon et sa pression sont liés par une équation et la connaissance de l'équation de l'état d'un fluide est primordiale pour son utilisation industrielle. L'idée qui est à la base de la présente invention est d'adjoindre aux mesures de caractéristiques thermodynamiques d'un fluide la mesure de sa viscosité à l'aide d'un appareil classique légèrement modifié. Ainsi, la mesure de viscosité pourra être effectuée sur le même échantillon de fluide qui a servi d'dchantillon de mesure des caractéristiques thermodynamiques. Un tel dispositif de mesure comprenant une enceinte ou cellule à fenêtres munie de moyens d'en faire varier la capacité de façon mesurable, de con trôle de température de fluide contenu et d'en mesurer la pression et connectée de façon déconnectable, d'une part à un.dispositif- de remplissage muni do moyens pour mesurer la pression et d'autre part à un dispositif d'extraction de fluide est caractérisé en ce que l'enceinte.de mesure est connectée au moyen d'un capillaire A une cellule de transfert remplie en partie de mercure, dont l'extrémité opposée est reliée par un capillaire rempli de mercure a un récipient de recueil de mercure à pression connue, par exemple à pression atmosphérique. L'invention a également pour objet un procédé de mesure de la viscosité a l'aide du dispositif ci-dessus, caractérisé en en ce qu'on injecte du fluide à mesurer dans l'enceinte et on ajuste sa pression à une valeur P1 par injection de mercure au moyen d'une pompe volumétrique, on mesure la pression P1 et la quantité de mercure Q débitée par le capillaire dans le récipient de recueil ou règne une pression connue P3, p.ex. atmosphérique, et on calcule la viscosité du fluide selon l'équation suivante: étant la viscosité du mercure, k la constante du capillaire reliant l'enceinte à la cellule et K la constante du capillaire reliant la cellule au récipient de recueil du mercure. A la figure annexe, est représenté un schéma de l'appareillage selon l'in vention. Une enceinte de mesure 1, telle que cellule à fenêtres, est reliée à sa partie supérieure à un robinet 2. Une cellule de transfert 3 remplie en partie de mercure est reliée à sa partie supérieure à l'enceinte 1 par l'interme- diaire d'un capillaire 6 et à sa partie inférieure à un récipient de recueil 4 de mercure a pression atmosphérique par l'intermédiaire d'un capillaire 7. La partie inférieure de l'enceinte 1 est reliée par une tubulure 8, sur laquelle est branché un manomètre 9, à une pompe volumétrique 5 injectant du mercure dans ladite enceinte. Les capillaires 6 et 7 peuvent être court-circuités au moyen de canalisations respectives 6' et 7' et l'appareil fonctionne dans ee cas uniquement pour mesurer les caractéristiques thermodynamiques de fluide selon les méthodes connues. Prealablement à la mesure de la viscosité, la cellule de transfert 3 étant remplie de mercureS on a injecté le fluide dans l'inceinte 1 avec un débit Qh. On ouvre le robinet 2 et on injecte du mercure par la pompe volumétrique 5 avec un débit QHg pour maintenir 1a pression du fluide à une valeur P1 supérieure ou égale à celle correspondant à l'état monophasique du fluide. Le capillaire 6 se remplit de fluide qui passe dans la cellule de transfert 3 ou s'établit une pression P2 inférieure à la pression P1et aussi supérieure ou égale à celle correspondant à l'état monophasique du fluide. La perte de charge Sp1 est due aux caractéristiques du capillaire 6 reprd- 2 sentées par la constante k et à la viscosité du fluide selon l'équation: La cellule de transfert 3 étant en partie remplie de mercure, celui-ci s'écoule par le capillaire 7 et est recueilli en quantité mesurée dans le récipient 4 à pression atmospherique P3. 2 La perte de charge #P3 est due aux caractéristiques du capillaire 7 représentées par la constante K et à la viscosité connue du mercure nHg selon l'équation: A la compressibilité du fluide près, on peut poser, que la quantité d'huile Qh qui s'écoule par le capillaire 6 est égale à celle du mercure QHg qui circule dans le capillaire 7, de sorte que Qh QHg d'où puisque #P1 + #2 =P =P 2 3 1 3 Dans cette équation interviennent, en dehors de constantes, trois données expérimentales mesurables, les pressions exprimées en valeur absolue: P1 la pression dans la cellule 1 et P3 la pression du récipient de recueil de mercure 4 (P3=1 dans le cas illustré par l'exemple) et Q, la quantité de fluide ou du mercure débitée.Cette quantité peut être mesurée sur le débit de la pompe volumétrique 5 par chronométrage ou au moyen d'un débitmètre à photodiodes, soit par la pesée de mercure, dont la densité de 13,6 assure une grande pré cision. Lors de la mesure au moyen d'un débitmètre à photodiodes, le signal recueilli peut marquer des impulsions sur un enregistreur en fonction du temps. Simultanément à la mesure du débit, on effectue la mesure de la pre ssion P1, de préférence enregistrée sur le même enregistreur. De ce fait, 1' opérateur n'aura qu'à veiller au maintien de la pression constante à quelques bars près. 2 Le fait d'utiliser une perte de charge #P3 due à la présence du capillaire 7 présente de nombreux avantages Le maintien d'une pression P2 dans la cellule de transfert supérieure a la pression de saturation d'huile est beaucoup mieux assurée par la présence du capillaire que par une simple vanne.En effet, la constante connue de capillaire ne subit pas de variations dues aux aléas opératoires, tels que le bouchage ou l'usure d'une vanne. En outres la vis- cosité du mercure varie peu avec la pression (2S par mille hars), tandis que sa masse volumique varie entre d5 et 25QC de façon négligeable avec la température (0,2 pour mille par degré)et avec la pression (moins de par bar) Un jeu de trois capillaires 7 (mercure) étalonnés pour des pertes P correspondant respectivement à 2, 4 et 8 fois celle engendrée sur le capillaire 6 (huile) permet de couvrir une gamme de viscosités de 1 à 20 ou plus. Le capillaire 6 (huile) peut rester en permanence en montage et être éven tuellement court-circuité par une vanne (4P=0), suivant qu'on examine une phase d'huile ou de gaz. Des capillaires 7 (mercure) peuvent être montés en série et séparés par des vannes permettant decSisir une valeur convenable de la constante K. Selon un exemple d'application, on a utilisé un capillaire 6 de 0,65 m de longueur et de rayon voisin de 0,01 cm et un capillaire 7 de 2 m de longueur et de même rayon pour mesurer les débits de fluides constitués par des mélanges d'eau et de glycérol de viscosité connue. Les résultats obtenus ont étéles suivants: Conc. de Viscosité Q en cm Imin glycérol centipoise P=30 bars P=10 bars 1 0 1,05 2,622 0,931 2 24 1,98 2,470 0,892 3 36 3,08 2,275 0,808 4 4 44 4,44 2,054 0,710 5 52 6,66 1,688 0,584 En portant les valeurs obtenues de débit sur un diagramme, on observe que les débits de fluides de viscosité croissante varient linéairement avec la viscosité et que le rapport des débits pour un fluide de viscosité donnée est, aux imprécisions de mesure près, le même que le rapport de pressions. REVENDICATIONS. 1. Dispositif de mesure des caractéristiques thermodynamiques et de la vis cosité d'un échantillon de fluide comprenant une enceinte munie de moyens d'en faire varier la capacité de facon mesurable, de contrôle de tempéra ture de fluide contenu et d'en mesurer la pression et connectée de façon déconnectable, d'une part à un dispositif de remplissage muni de moyens pour mesurer la pression (9) et d'autre part à un dispositif d'extraction de fluide, caractérisé en ce que l'enceinte de mesure (1) est connectée au moyen d'un capillaire (6) à une cellule de transfert (3) remplie en partie de mercure, dont l'extrémité opposée est reliée par un capillaire (7) rempli de mercure à un récipient de recueil de mercure (4) à pression connue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disposi tif de remplissage de l'enceinte (1) comprend une pompe volumétrique (5) a débit constant injectant du mercure dans l'enceinte. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réci pient de recueil de mercure (4) est muni de moyens pour peser la masse re- cueillie de mercure. 4. Dispositif selon l'une des revendications t à 3 > caractérisé en ce qu'on dispose de plusieurs capillaires (7) à débits de mercure étalonnés. 5. Procédé de mesure de la viscosité au moyen du dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'on injecte du fluide à mesure rer dans l'enceinte et on ajuste sa pression à une valeur P1 par injec- tion de mercure au moyen de la pompe volumétrique, on mesure la pression P1 et la quantité de mercure Q débitée par le capillaire dans le récipient de recueil de mercure ou règne une pression connue P3 et on calcule la viscosité du fluide selon l'équation suivante: Hg étant la viscosité du mercure, k la constante du capillaire reliant l'enceinte à la cellule et K la constante du capillaire reliant la cellule au récipient de recueil du mercure.