УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД

Полезная модель относится к устройству для анализа технологических параметров жидких средств, таких как количество механических примесей, концентрация инородного вещества, температура застывания, скорость потери текучести, и может найти использование при анализе свойств моторного топлива и масла, воды, нефти и других нефтепродуктов.
Известно устройство для анализа параметров жидких сред, которое включает источник излучения, средство для размещения исследуемого вещества, фотоприемное устройство, включающее в себя фотодиод, микроконтроллера и табло. Фотодиод регистрирует величину сигнала, рассеянного от частицы излучения в конечном диапазоне углов от 0,12 до 0,58 радиан, который выбран эмпирическим путем так, что величина сигнала рассеянного излучения с выхода фотодиода линейно зависит от размера частицы загрязнителя (RU 2296981 С1, 15.09.2005). Анализ с использованием известного устройства основан на просвечивании среды. Однако при этом имеется ряд недостатков. Так, например, при определении температуры застывания, концентрации воды или потери текучести нефтепродукта после застывания нефтепродукт сильно мутнеет, и для его просвечивания требуются достаточно мощные источники, а такие нефтепродукты, как моторное масло, являются непрозрачными и не могут пропускать световое излучение. Кроме того, указанное устройство практически неприменимо для осуществления экспресс анализа, поскольку требуется большой объем исследуемой пробы.
Известен также прибор для определения эксплуатационных свойств жидких и твердых нефтепродуктов, состоящий из осветителя, средства для размещения исследуемого вещества, выполненного в виде кюветы, и средства регистрации излучения от исследуемого вещества, состоящего из фотоприемника отраженного излучения и связанного с ним компьютера («Программно-аппаратный комплекс «Фазафот» журнала «Технология машиностроения» №11, 2011). В данном устройстве в качестве источника излучения используется светодиод. По этой причине точность работы устройства находится на крайне низком уровне, не позволяющем определять параметры нефтепродуктов в соответствии с требованиями ГОСТ. Это обстоятельство вызвано нестабильной генерацией светодиода и отсутствием монохроматичности света. Так же кювета в данном устройстве выполнена таким образом, что при анализе прозрачных для источника излучения материалов, на приемник попадает не только свет отраженный от поверхности, но и отраженный ото дна - это вносит серьезные искажения в получаемые результаты. Система передачи тепла от элемента Пельтье к образцу в данном устройстве не позволяет с постоянной скоростью достигать температур ниже минус 40°С, что сужает круг материалов доступных для анализа.
Задачей, на решение которой направлено создание полезной модели, является обеспечение возможности определения комплекса показателей для оптически прозрачных и непрозрачных жидких сред, таких как нефти, мазуты, нефтяные топлива и масла, с высокой точностью, достаточной, чтобы удовлетворять условиям ГОСТ, включая материалы с низкой температурой застывания - ниже минус 50°С.
Данная задача решается за счет того, что устройство для анализа технологических параметров содержит охлаждающий элемент, осветитель, средство для размещения исследуемого вещества, средство регистрации. При этом осветитель выполнен в виде лазерного источника излучения с фокусирующей системой, средство для размещения исследуемого вещества выполнено в виде кюветы, дно которой сильно рассеивает лазерное излучение, а средство регистрации отраженного от поверхности вещества лазерного излучения состоит из приемника отраженного луча и связанного с ним компьютера. Регистрация происходящих при этом в материале фазовых превращений при помощи лазерного излучения позволяет составлять оценку таких свойств материала как: количество механических примесей, концентрация инородного вещества, температура застывания, а так же скорость потери текучести.
Использование лазерного источника излучения позволяет повысить точность метода, поскольку для монохроматического излучения уменьшается размытие изменения коэффициента отражения материала при фазовых превращениях.
В результате фазовых превращений, происходящих в материале при его охлаждении до температуры застывания под действием охлаждающего элемента, происходит изменение коэффициента отражения от поверхности материала. Зависимость изменения интенсивности зеркального отражения от температуры материала при его охлаждении уникальна для каждого материала.
Программное обеспечение компьютера позволяет определять количественную оценку происходящих в материале изменений, которая, в свою очередь, служит основанием для определения перечисленных выше свойств материала.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 -управляющая схема устройства.
Устройство состоит из цилиндрической кюветы 1, дно которой выполнено с высокой степенью шероховатости для обеспечения рассеивания лазерного излучения, источника лазерного излучения 2 и фотоприемника 3 отраженного лазерного излучения. Источник 2 и фотоприемник 3 лазерного излучения расположены под взаимно обратными углами для оптимальной регистрации данных. Кювета 1 для исследуемого материала расположена на элементе Пельтье 4, который служит для преобразования электрической энергии в тепловую. Изменяя протекание электрического тока через элемент Пельтье достигают, как охлаждения, так и нагрева материала в кювете 1. Между кюветой 1 с материалом и элементом Пельтье 4 расположена теплопроводящая пластина 5 для более эффективной теплопередачи от элемента Пельтье 4 к материалу. Пластина 5 установлена на элемент Пельтье с использованием тонкого слоя термопасты 6 с аналогичной целью. Данные от приемника 3 передаются на управляющий компьютер 7 для дальнейшей обработки. Управляющая схема устройства состоит из микропроцессорного устройства (компьютера), связанного с измерителем напряжении, связанным с термопарой, измеряющей температуру кюветы с образцом. Многоканальный измеритель напряжения связан с датчиком измерения температуры, фотоприемником и компьютером, лазерный модуль связан с управляемым генератором тока, связанным с компьютером, другой управляемый генератор тока связан с батареей Пельтье и компьютером.
Устройство работает следующим образом. Образец - исследуемый нефтепродукт помещается в кювету 1. При помощи элемента Пельтье 4 для материалов, чья температура застывания ниже минус 15 С, сначала осуществляется предварительный подогрев, затем осуществляется охлаждение с фиксированной скоростью до заданной температуры охлаждения. Скорость охлаждения задается на управляющем компьютере. Лазерное излучение от источника 2 подается на поверхность образца и отражается от нее. После этого излучение попадает на фотоприемник 3. По данным фотоприемника определяется коэффициент отражения от поверхности материала. Так как коэффициент отражения изменяется в течение всего времени охлаждения, то по данным фотоприемника программное обеспечение строит зависимость коэффициента отражения от температуры. После количественной обработки этой зависимости на экран выводятся выбранные оператором характеристики, такие как температура застывания материала образца, или концентрация воды в нефтепродуктах, вязкость нефтепродукта при различных условиях хранения. Время проведения всего комплекса анализов занимает менее 30 минут. Устройство является мобильным и дает высокую точность результатов.