流体的流量值的测定方法和测定设备

摘要

根据此方法，将流体引入到流动部件(6)中，所述流动部件呈被载波相段(22)分开的一系列的塞件(20)的形式，并且测量这些塞件在该流动部件中的移动速度，然后由此推导出此流动流体(20、22)的流量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测定流体的流量的方法以及用于实施此方法的设备。

背景技术

本发明的测定方法能够获得与液体或气体流动相关的多种类型的信息。作为非限制性的实例，此测定方法能够推导出与溶剂穿过容装器(enceinte)的壁的运送相关的信息，或者与此容装器的膨胀相关的信息。

本发明特别是提出研究在其中装有碳氢化合物的接收器的渗透性。对此，重点在于这些碳氢化合物的储存和运送存在问题，所述问题确切地与用于制造储存和运送结构的热塑性聚合物的渗透性相关。

在用于机动车辆的油箱的特定情况下，由于油箱壁的渗透性，散发到外部的碳氢化合物的蒸汽量，受到法规越来越严格的管制。在这些条件下，应该尽可能精确地由最初存储的碳氢化合物的体积变化测量此渗透性。

为此，首先知道进行重量类型的测量。首先将希望知道其体积变化的流体存储在于它的接收容装器中。然后，根据时间，监测由容器和容器的容装物形成的整体的质量损失。假设容器的质量是不变的，测定流体的质量变化，这能够推导出蒸发到接收器之外流体的部分。

可选择地，进行所谓的发散测量也是已知的。将流体送入聚合物管中，提出测试其渗透性能。然后将该整体放入密闭的体积中，能够回收穿过管的壁的蒸汽。然后这些蒸汽被引向装有吸收某些组分的活性炭的室。监测这些活性炭的质量的渐变，则能够推导出该管渗透性值。

但这两种已知的不同方法都具有某些缺点。实际上，它们具有相对低的灵敏度。此外，不能满意地解释所研究的物理-化学现象的真实性。

发明内容

准确地说，本发明旨在克服这些不同的缺点。为此，本发明的目的是用于测定至少一种流体的至少一个流量值的方法，在该方法中将称为流动流体的流体引入到流动部件中，该流动部件呈被载波相段(troncon d’unephase porteuse)分开的一系列的塞件的形式，测量这些塞件在流动部件中的移动速度，并由此推导出此流动流体的所述或每个流量值。

根据本发明的其它特征：

-使该流动部件与容装器的内体积相连通；

-将溶剂引入到容装器的至少一部分内体积中，并且由流动流体的流量值，推导出与此溶剂穿过容装器的壁的至少一部分的运送相关的信息；

-使用一容装器，所述容装器包括一个主体以及一个插入件，该溶剂不能穿过所述主体运送，所述插入件能够特别是可拆卸地附加到所述主体上，所述插入件由一种材料制成，溶剂能够穿过所述材料而运送，此材料对于该溶剂特别是可渗透的；

-将该容装器放置在基本恒定的温度下和基本恒定的压力下；

-由所述流量推导出流动流体随时间的体积变化；

-识别过渡段，所述过渡段对应于该溶剂的材料向容装器的所述部分的壁的内部输送；

-识别永久段，所述永久段对应于所述壁对该溶剂的确切的渗透性；

-借助于缓冲流体将所述溶剂与流动流体分开；

-该溶剂由组分的混合物形成，并至少对气体部分进行分析，所述气体部分来源于此溶剂穿过容装器的壁的所述部分的运送；

-从所述流量值推导出与容装器的膨胀相关的信息；

-使用对流体是不可渗透的容装器，并且改变至少一个操作条件，特别是温度和/或压力；

-借助于数字图像采集系统——特别是相机——来测量塞件的移动速度；

-使用至少彼此部分平行延伸的多个流动部件，将流动流体引入到这些不同的流动部件中，并且借助于单个图像采集系统测量每一流动流体的塞件的移动速度；

-通过使用如下公式推导出流量值：

Q＝V·S·F，其中

Q相当于流体流量；

V相当于单位时间的像素变化，该变化与图像采集系统相关；

S相当于流动部件的内截面积，以及

F相当于图像采集系统的放大率；

-流动部件的内截面积为10^-4mm²-1mm²，优选为10^-3mm²-10^-1mm²。

本发明的另一个目的是一种用于实施如上所述方法的设备，该设备包括：

-至少一个容装器；

-至少一个与相应的容装器的入口连通的流动部件；

-至少一个图像采集系统，所述图像采集系统适合于观察塞件在相应的流动部件内部移动；以及

-由所述或每个图像采集系统得到的影像的信息处理装置。

根据本发明的其它特征：

-借助于被载波相段分开的一系列的塞件填充所述或每个流动部件；

-所述流动部件由孤立的管形成；

-所述流动部件由蚀刻在板上的管道形成。

附图说明

下面将参考仅作为非限制性实例给出的附图来描述本发明，在附图中：

-图1和图2是示意性地示出实施本发明的测定流体的流量的方法的两个相继步骤的正视图；

-图3是示出本发明的测定的、流体随时间的体积变化的图；

-图4是与图3相类似的图，示出现有技术的实施；以及

-图5是示出本发明的一个设备的实施变型的透视图。

具体实施方式

如在图1中所示，本发明的用于测定流体流量的设备包括一个例如制成软管形式的流动部件6，该软管特别是由PTFE制成。该管有利地是半透明的，特别是透明的，以便与图像采集系统协同工作，在此情况下图像采集系统是相机10。朝向此流动管6的该相机，与信息处理装置11相连，使得能够处理由该相机产生的数据。

有利地，流动部件6的内截面积为10^-4mm²-1mm²，优选为10^-3mm²-10^-1mm²。此内截面积指的是不包括流动部件6的壁的尺寸。

在下游，即在图1和图2的右侧，流动部件6通到容装器2中，容装器2可以整体的方式制成，或者由多个不同的元件形成。在所示的实例中，容装器2包括由不可渗透的材料——例如金属——制成的主体2₁。此主体2₁限定一窗口2₂，该窗口可以接收希望测量例如渗透性的材料制成的插入件2₃。

此实施方式是有利的，因为可以使用单个主体2₁，然后可以增加多个相继的插入件，所述插入件由希望测试的不同材料制成。V表示容装器2的内部体积，P表示插入件2₃的壁，而E表示外部环境空气。最后，用任何适当的装置保证容装器2的入口4与管6之间的密封。

还设置一个压力调节部件，用于补偿管6和容装器2的内部的压头损失(les pertes de charge)。本身为已知类型的该部件14被放置在管6的上游。最后，设置一个布置在插入件2₃附近的分析仪器15。例如为气相色谱仪的此仪器15可以分析逃逸到容装器2之外的气相，如将在下面更详细示出。

现将说明借助于上面描述的设备实施本发明的方法。

在本实例中，假设希望测试插入件2₃的壁P相对于例如是碳氢化合物H的流体的渗透性。为此，首先借助于此碳氢化合物填充容装器的至少一部分内体积V。在所示的实例中，将此碳氢化合物只引入到容装器的上部中，即在插入件2₃附近。

此外，用缓冲流体T占据此容装器的内部，使得该容装器的整个内体积都被流体占据。还应注意到，缓冲流体T的使用是有利的，如在下面将要看到的，因为这使得一方面能够避免碳氢化合物朝向管6泄漏，并且使得另一方面能够避免在所研究的碳氢化合物和在管6中流动的流体之间的混合。

然后，以其本身已知的方式，在载波相位段22中形成一系列的塞件20。在本发明的意义上，塞件是沿着管6流动的液相，甚至是固体相，基本占据了管的宽度。这些塞件被载液彼此分开，该载液与构成塞件的流体不易混合。

在与管6不同的传统结构生成装置(moyens de génération destructure)中，这些塞件可以本身已知的方式形成。然后，当形成这些塞件时，所述塞件通过任何适当的手段被注入到管6中。作为实施变型，这些管件可以通过任何适当的传统程序直接在管6中形成。

然后管6包含一交替系列的塞件和载波相段。这些塞件20和这些载波相段22形成了本发明的意义上的流动流体，可以对于该流动流体根据下面将要描述的步骤测定其在的管内部的流量。

在上面提到的连串中，可以使用具有相同性质的塞件，或者具有不同性质的塞件。作为实例，这些塞件是例如由着色的水和甘油的混合物形成的液滴，而载波相例如由硅油形成。

有利地，在这些液滴和这些载波相段之间的区别被相机10，特别是通过反差来实施。因此，液滴或载波相可以是暗色的，而载波相或液滴是亮色的，从而液滴和载波相段各自的体积是可见的。还可以设置液滴和载波相段都是透明的，但它们的界面通过相机保持可见。

用L表示不同液滴的长度，而用L’表示不同中间段的长度。有利地，这些长度L和L’都小于相机的视野值(valeur du champ)，特别是小于5cm，一般在0.1mm至1mm之间。还应注意到，在所示实例中，不同的液滴具有相同的长度L，而不同的载波相段具有相同的长度L’。但是，可以设置所述液滴和/或载波相段具有彼此不同的长度。

假设操作条件如下，容装器2不会膨胀，并且碳氢化合物的密度是不变的。还假设，一部分碳氢化合物离开了最初存储有该碳氢化合物的容装器的内体积V，以渗透到壁P中，甚至于渗透到外部E。

在这些条件下，由于存在着压力调节部件14，用箭头f表示的这部分碳氢化合物H的逸出促使了容装器2中用箭头f’表示的缓冲流体T上升，还引起了一连串的塞件20沿着箭头F移动。在图2中示出了这些不同的流体流动，为了清楚起见，前面提到的移动值是夸大的。

应注意到，缓冲流体T的使用使得能够避免塞件20进入到内体积V中，此时此缓冲流体占据了管6的一部分，如这在图2中所示。这是有利的，因为这些塞件可以为随后的程序容易地再次使用。

根据本发明，通过与信息处理装置11相连的相机10来测量塞件20在管6的内部的移动速度。此外，知道了此管的截面积，可以由其推导出单位时间内在此管的内部移动的、由塞件20和载波相段22形成的流动流体的体积。此值相当于在容装器2的内部碳氢化合物体积变化。

更准确地说，使用以下公式：

Q＝V·S·F，其中

Q相当于单位时间的体积变化(以mm³/s表示)；

V相当于由相机测量的单位时间内以像素表示的塞件移动(以像素/s表示)；

S相当于管道的内截面积(以mm²表示)；以及

F是相机的放大率(以mm/像素表示)，即像素数和距离之间的对应关系。

在此第一阶段中，测定瞬时流量值。在以后的阶段中，还能够将此变量进行积分，这使得能够得到表示体积随时间变化的曲线。

图3示出由塞件20和载波相段22形成的流动流体的体积V随着时间t的变化，该流动流体在管6中移动以补偿碳氢化合物H的选出。应注意到，此曲线可分为由I表示的过渡型的第一段和永久型的第二段，所述第一段具有较大的斜率，所述第二段具有较小的斜率。

段I相当于碳氢化合物逃逸到内体积V之外的初始阶段，即对此阶段此碳氢化合物扩散到插入件2₃的壁P的厚度中并在其中稳定。此段I表示碳氢化合物的在壁P的内部中传递的前突出部分(avancée)。

然后，段II涉及后面阶段，在此过程中碳氢化合物移动到外部E。此段II对应于一永久状态，此时碳氢化合物的扩散和溶解度达到平衡，因此确定了材料相对于碳氢化合物的渗透性。

因此，此图3能够获得与该碳氢化合物穿过插入件2₃运送相关的信息。此一般术语“运送”一方面包括由段I表示的此碳氢化合物向壁的内部的输送，另一方面包括由段II表示的碳氢化合物对此壁的确切的渗透性。

对此，应注意到，图3的曲线可以具有基本水平的段II，如用虚线所示。这表示，在此情况下只有碳氢化合物向壁P输送。与此相反，此碳氢化合物不向环境空气扩散。

作为实施变型，可以设置所研究的溶剂由不同组分的混合物形成。在此情况下，仪器15至少能够分析通过插入件2₃排到容装器2之外的气体部分。有利地，如果此溶剂中的一个或另一个组分具有在另外一个或一些组分之前或之后逃逸的倾向，这种分析能够识别出来。

图3说明本发明的优点，即能够比现有技术获得更多的信息的事实。对此，图4示出了通过实施根据现有技术的重量测量得到的曲线。应提醒的是，此方法只能够研究由容器和容装物形成的整体的质量损失。

在这些条件下，此图4示出随着时间的变化，不是如本发明情况下的体积V随着时间的变化，而是质量M随着时间的变化。相应的曲线包括与横坐标轴重合的段I’，然后是与图3的段II相同斜率的段II’。还应注意到，一方面在段I与II之间，以及另一方面在段I’与II’之间的过渡，产生在相同的过渡时间——标记为t₀——的两侧。如在图4中清楚地显示出，在现有技术中没有识别碳氢化合物在插入件2₃的厚度中的扩散阶段，因为此现象没有导致由容器和容装物形成的整体的任何质量损失。

还应注意到，可以由图1和图2的设备实施用于筛选不同材料的方法。为此，在根据如上所述的步骤识别第一插入件2₃的构成材料的渗透性能之后，代之以希望识别其性能的、由不同材料制成的另一插入件。然后以适当的方式，通过相继在窗口2₂处放置不同的插入件，能够测试大量的材料。在此筛选阶段结束时，就识别出一种或多种具有有意义的渗透性能的优选材料。

本发明并不限于如上描述和示出的实例。

因此，可以设置制造流动部件，该流动部件不呈孤立的管的形式而是呈设置在板中的管道的形式。此时此管道是根据现有技术的一般程序制造的，所述方法特别在《D.C.Duffy，JC MacDonald，Oliver J.A.Schueller，Gorges M.Whiteside的Anal.Chem.，70，p4974-4984，1998》描述。此时管道的上游端，借助于任何适当的手段通到容装器2的入口处。

在所示的实施例中，测量与流体选出到容装器的内体积之外相关的流量。根据本发明也可以测量与流体到达此内体积相关的流量。在此情况下，此现象导致塞件20和载波相段22不再是在如图2中所示右侧上移动，而是在左侧上移动。根据类似的方式，测量了塞件的移动速度，这就能够获得与容装器中流体体积的增大相关的信息。

在前述内容中，已经测量流体流量，为的是推导出与容装器的渗透性能相关的信息。但是，也可以使用本发明的方法，以便获得与容装器的膨胀相关的信息。

在此情况下，改变操作条件，特别是温度和/或压力和/或湿度，以便得到容装器的内体积的值的变化。假设最初容纳在此容装器中的流体具有恒定的密度，容装器的膨胀会导致塞件20向其内体积的方向到达，因为流体的体积是不变的。测量这些塞件的流量，因此使这些塞件运动，能够获得与容装器的膨胀对应的值。

最后，在上面所示的实例中，相机10与单个流动管6相连。但是可以设置同样的相机110，如在图5中所示的，该相机可以看到塞件在其本身与多个容装器102连通的多个流动管106的内部移动。换句话说，单个相机能够同时实施多个体积变化测量。

本发明能够达到前面提到的目的。

实际上，本发明能够以简单而经济的方式测定流体的体积变化。此外，该实施能够以自动且连续的方式进行。

此外，根据本发明的方法具有很大的灵敏度，因为具有很小横截面积的流动部件的使用能够检测出很小的流量值，该流量值可以小于每小时毫微升。最后，如在图3中所示，本发明能够获得许多信息，特别是与流体逃逸到容装器之外的过渡阶段相关的信息。

在下面仅作为示例描述实施本发明的一个实施例。

使用容装器2，其主体2₁由不锈钢制成。用聚酰胺制成的插入件2₃封闭此容装器2的窗口2₂。容装器2的内体积是2mL。用能够透过聚酰胺的乙醇填充除了连接区以外的整个此容装器。

连接一由PFA制成的流动管6到此容装器。此管的长度为2m，而内直径是250微米。该管与一个电子气动压力调节器14相连，该压力调节器是SMC公司投放市场的，型号是ITV0010。

生产由水、甘油和着色剂的混合物形成的液滴，它们被由硅油形成的一系列的载波相段所分开。每个液滴和每个载波相段各自的长度L和L’都接近0.5mm。

此外使用SONY XACD70型的相机10，使其朝向管6的直线的载波相段。然后测量容装器的内部流体的体积变化，同时将操作条件保持在40℃的温度下和300mbar的压力下。

使用如上所述的方法，获得图2的段I和段II。观察到，在1小时结束时，从容装器的内体积向容装器的壁方向扩散了0.2ml的流体。然后，在此初始期之后，此流体向外部移动，这相当于图2的段II。在24小时结束时，总的测量的体积变化是1ml。