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技術文章

TX500C旋轉滴界面張力儀溫度控制技術揭密-TX500C旋轉滴界面張力儀溫度測試結果以及相關解決方案

2011-03-03

*，液-氣或液-液的界面張力值因溫度變化而不同，通常溫度越高，界面張力值越低。所以，有效地控制溫度對于界面張力的測值具有舉足輕重的地位。旋轉滴界面張力儀是一種采用光學影像法測試動態或靜態界面張力的儀器，溫度控制技術在儀器的設計中因本方法測試過程的復雜性而與其他界面張力測試技術有明顯區別。

概括而言，目前應用到比較多的技術包括：

1、非氣熱式溫度控制技術：

本方法的技術特征為：通過控制加熱源的溫度，間接控制旋轉軸所在位置的空氣的溫度，再利用這些空氣溫度傳導至裝有被測樣的樣品管，后實現控制樣品溫度的目的。在具體實現方式上，溫度傳感器與加熱源都被安裝到同一塊散熱塊上是其顯著標識。

目前應用這項技術的包括Texas 500 、TX500C等型號的儀器。

安裝方式如下圖所示:

2、氣熱式溫度控制技術：

本方法的技術特征為：通過控制旋轉軸所在位置空氣的溫度并將樣品管固定在中空的旋轉軸里，實現控制樣品管溫度從而控制樣品溫度的目的。在具體實現方式上，溫度傳感器被安裝到樣品管同一垂直與水平位置的空氣中。

顯然，本方法相較于非氣熱式溫度控制技術更為，控制溫度與實際溫度的符合度更高。

目前應用到本項技術的包括500D、500H以及TX500C改進型（是選購件）等型號。

3、油浴動態密封溫度控制技術：

本方法的技術特征為：通過控制樣品管所在導熱油的溫度，實現控制樣品溫度的目的。在具體實現方式上，必須擁有動態密封技術，溫度傳感器安裝在導熱油里。

顯然，本方法僅從溫度控制技術上而言，相較于氣熱式具有更加明顯的優勢。但在具體的樣品測試過程中，特別是在油田測試有粘度樣品的過程中，會遇到各種困難，如進樣不方便，清洗不方便等等。所以，本方法的可實施性不強。

目前應用到本項技術的包括德國Kruss、Dataphisics、500G型界面張力儀。

以來，由于技術更新比較慢，儀器廠商重視程度不夠等原因，在市場上銷售比較多的是擁有比較落后技術的TX500C型界面張力儀。加上使用本儀器的用戶重視程度不高以及化程度不夠等原因，以來，TX500C型界面張力儀的溫度控制問題沒有得到足夠的認識，也因溫度控制技術問題，給廣大用戶造成的的困撓。這些困撓包括了如測值時間非常長（通常需要2個小時）、測試重復性差、測試過程油樣回縮等等。

為了進一步揭示TX500C型界面張力儀溫度控制方面的嚴重缺陷，我們召集測試工程師對儀器的實際溫度控制效果進行了嚴格的測試。現將相關測試結果公布如下：

1、測試環境：

儀器：TX500C型旋轉滴界面張力儀；室內溫度：18.8℃；高速電機控制轉速：5000轉/分（RPM）；測試用溫度儀表：上海亞泰制PT100溫度器。

2、測試方式：

（1）將一根頂部裝有PT100探頭的鋁合金管（Φ5 L150）安裝到一個精密光學控制平臺上（控制精度：0.01mm）后，將探頭部分深入到旋轉軸的測觀察孔偏里2/5處，從而用溫度器實時讀取旋轉軸里的溫度。這樣就可以在效地測試真正樣品管所在位置的空氣溫度。

（2）調整溫度器與儀器顯示溫度一致。

終值分別為：界面張力儀顯示溫度18.8℃，溫度儀顯示溫度為18.8℃。符合要求。

（3）具體測試中采用控制一個目標溫度，等待儀器顯示溫度與目標溫度一致后，再等待溫度儀器顯示溫度穩定后，分別讀取界面張力儀顯示溫度與溫度儀顯示溫度，并進行比較。

3、測試結果：

目標溫度	實際溫度	溫差
25.0	22.9	2.1
30.0	25.8	4.2
35.0	29.1	5.9
40.0	32.3	7.7
45.0	35.5	9.5
50.0	38.7	11.3
55.0	42.0	13.0
60.0	45.5	14.5
65.0	48.8	16.2
70.0	52.2	17.8
75.0	55.8	19.2
80.0	59.1	20.9
84.9	62.5	22.4

測試結果曲線對比圖如下所示：

4、結論：

儀器目標控制溫度與實際樣品管所在空氣位置的溫度相差比較大，從如上列表數據中已經顯示無遺了。這樣的溫度控制結果是根本無法滿足界面張力測試特別是油田三次采用用油樣與油驅界面張力測試的需求。

從具體測試過程來看,需要描述的結論包括:

（1）本次測試過程是指非科諾產品及其他TX500C型界面張力儀，在19度左右的特定環境溫度條件下、電機轉速為5000RPM時的相應測試數據。測試數據不針對任何廠家，目的只是揭示現有界面張力儀中存在的缺陷，任何廠家均可以按自己的設計能力進行更改，更改后的測溫結果可能會有不同。所以，以客戶自行測試的溫度為準。以上數據僅作為參考。

（2）以上數據在使用中，可以結合相應的軟件功能進行，如軟件中開發了相應的轉換功能（但作用有限），那么只要按一下溫度轉換鈕即可。但可能高溫度達不到如85度這樣的高溫，高溫度有限。

（3）測試過程中，我們發現，事實上加熱到目標溫度（指儀器的顯示溫度達到設置的45度這樣的值時），此時旋轉軸里的溫度已經快達到終穩定溫度。根據我們現有的數據來看，控制時，首周期溫度時，*次降低下來后，差不多達到旋轉軸空氣的溫度。這個時間差差不多可以估算為5分鐘左右。而以后再長時間，這個空氣的溫度的改變非常有限。

（4）在使用中，我們建議用戶可以先預熱起儀器，達到穩定溫度值。再加樣，如果是高溫（60度）的話，等待樣品穩定達到目標溫度的時間差不多為20-40分鐘左右。而如果是45度這樣的溫度，這個時間差不多是10分鐘。

（5）旋轉滴界面張力測試，特別是油驅的界面張力測值是一種非常復雜的過程，事實上，這個過程中除了一個控制溫度的問題，還有一個以來沒有被研究人員注意的問題，就是膠體（特別是含有表面活性劑、聚合物的膠體）會由于離心作用形成分層。而美國德州理工的Pape教授的研究也證實了這一點。所以測試時間的控制是一個比較復雜的問題，而不僅僅是指等溫度達到要求的這么簡單。所以，總的來說，三次采用的二元或三元驅的界面張力分析，作為研究院或地質院而言，革命遠沒有成功。這就要求有比較的人員，比較的儀器廠商提供的服務。而對于一些非儀器公司而言，這樣的動作事實上是無法完成的。

從具體應用來說,溫度控制與實際值的不符合性的缺陷導致的結果主要表現為如下四個方面：

*、TX500C型界面張力儀的顯示終控制溫度不具有參考意義。

本次測試顯示在是在具體某個室溫條件下，某個轉速條件下的TX500C界面張力儀的溫度測試結果，雖然沒有對全部環境下的溫度實際值進行測試，但已經非常有代表性的揭示出來，這個界面張力儀上顯示出來的溫度是不能代表樣品管所在位置空氣，更不用說是樣品的實際溫度了。而正由于溫度控制環境是千變萬化的，控制的參數也不盡相同，因而，具體此時樣品的溫度是多少，是一個不能取得的結果。

第二、控制溫度達不到模擬地下真實溫度的要求。

如果用戶使用儀器顯示的溫度作為摸擬地下溫度所用時，如大慶油田模擬溫度為45℃，而用戶簡單的使用這臺儀器控制了45℃，當儀器顯示了45℃時，就認為已經模擬了地下溫度了。這樣的判斷是根本沒有任何依據的。

第三、無法滿足部分油田，特別是對測試環境的溫度要求較高的油田如勝利油田、河南油田等的真正需求。

有些油田對測試溫度要求是83度或93度等等溫度時，儀器的技術指標項雖然說是可以達到85度或通過外接恒溫油浴（除非溫度傳感器放在空氣中，若放在水循環槽上也是一樣的）控制了100度，但是，從實際效果來看，根本達不到這個溫度的。實際測試已經非常明確地顯示出來，控制溫度與儀器顯示溫度是84.9℃時，實際空氣溫度只有區區的62.5℃，遠遠低于要求溫度值。

第四、界面張力控制溫度根本無法滿足旋轉滴測試油驅與原油界面張力的特殊性。

在原油樣的測試中，因原油具有一定的粘度，旋轉滴測試過程的溫度控制除了增加溫度外，還有一個附帶作用是降低了油樣的粘度。而如果溫度達不到，油樣的拉升通常是不符合要求的，比較有時油樣還是粘連的，根本不是離心到5000RPM所能克服的。這也就好解釋為什么我們的測試過程中重復性差、測試時間長等原因了。

綜合而言，基于如上原因，科諾才會下大力氣更新溫度控制技術，從而從根本上了我們測試的方便性與真實性。當然，公布本次數據的目的有幾個：

*、我們希望用戶能夠幫助用戶解決一些實際中的困撓；

第二、我們希望這些數據給沒有來得及升級儀器的用戶一點幫助，比如，你可以直接用這些數據控制溫度，比較你現在想控制45℃，那么你設置60℃，在差不多的外界條件下，是可以達到你的控制目標了；如控制65℃以上，那么你只好另行選購儀器了，別在原地想為什么測試數據與理想數據差那么多的原因了。

第三、不利的一面是，可能原來一些用儀器顯示的某個溫度條件下測試的數據值就不能用了，因為根本沒有什么指導意義。這點對于我們的用戶而言，我們已經作了相應的解決。但不是采購我們的儀器的用戶可能是比較麻煩的。當然，部分用戶僅僅用這個儀器測試對比數據（不管對比數據是否有效、真實），估算一下是否符合要求的，那么就不用很關心這些了，還是安心用這款儀器吧，畢竟這款儀器已經操作比較熟練了。

第四、美國科諾新推了一款改進型的500C型界面張力儀，操作上與性能上與原款TX500C是一樣的，只是在溫度控制上，設計了一個部件，你想與原來的數據對比，PT100溫度探頭可以與加熱塊連在一起，顯示加熱塊的溫度；而想控制溫度，測得實際溫度值，可以打開這個部件，將溫度探頭放在旋轉油的空氣中，此時就實現了氣熱式溫控方式。

當然，我們也提醒一下我們的同行，本文所提的氣熱式溫度方式，美國科諾已經授權中國全權代理商在中國地區申請了相關，號ZL：CN200920213959.8，所以，如果想使用這個技術，就需要得到我們的授權。敬請自重。

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