УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ЖИДКОСТНЫХ ПЛЕНОК И ПЯТЕН НА ПОВЕРХНОСТИ БОЛЕЕ ТЯЖЕЛЫХ ЖИДКОСТНЫХ СРЕД Российский патент 1997 года по МПК G01B5/06 G01F23/02 G01N33/18 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля толщины находящихся во взвешенном состоянии жидкостных слоев, покрывающих в виде сплошной пленки или в форме отдельных пятен водную либо иную поверхность.

Одной из наиболее практически актуальных задач подобного рода является в настоящее время задача максимально оперативного и технологически наиболее простого и надежного определения степени загрязнения устьев судоходных рек и морского акватория вблизи гаваней и курортных побережий вследствие выбросов промышленных предприятий и аварий танкерных судов.

Устройства для контроля толщины жидкостных пленок известны [1] [2] [3]
Наиболее совершенным из них по своим техническим возможностям и наиболее близким к предлагаемому объекту по совокупности сходных структурных признаков является устройство для контроля толщины жидкостных пленок [3] прототип.

Это устройство содержит корпус, выполненный в виде полого конусообразного раструба, заборный узел, выполненный в виде полого цилиндра, один торец которого соединен с большим диаметром конусообразного раструба, и отсчетный узел.

Недостатками устройства-прототипа являются повышенная трудоемкость его обслуживания, обусловленная как необходимостью ручного регулирования оператором глубины погружения заборного узла (что практически исключает возможность проведения измерений в нестационарных условиях эксплуатации непосредственно у подлежащих обследованию объектов), так и необходимостью оперативного проведения устройства в исходное состояние в интервале между каждыми двумя контрольно-измерительными циклами (чем существенно ограничивается производительность проводимых измерений в лабораторных стационарных условиях и исключается возможность проведения последовательности серийных замеров в эксплуатационных нестационарных условиях).

Устройство позволяет устранить ограничения и недостатки, присущие прототипу, обеспечивая сочетание структурной простоты и удобства пользования контрольной системой с повышенной оперативностью и разрешающей способностью проводимых измерений при минимальной трудоемкости обслуживания контрольной системы и ее максимальной производительности не только в лабораторных условиях, но и в нестационарных условиях проведения эксплуатационного контроля непосредственно у подлежащих обследованию объектов.

Преимущества устройства, определяющие его повышенные надежность, простоту обслуживания, оперативность и удобство контроля, достигается тем, что, в отличие от прототипа, оно снабжено поплавковым элементом, установленным на внешней поверхности заборного узла симметрично относительно его оси, а отсчетный узел выполнен в виде тонкой прозрачной трубки со шкалой с равноинтервальными делениями, один конец которой соединен с меньшим диаметром конусообразного раструба, а на другом ее конце на боковой поверхности выполнено радиальное сквозное отверстие и плотно установлена с возможностью поворота относительно оси трубки стаканообразная головка с двумя смещенными на угол друг относительно друга сквозными отверстиями, оси которых расположены в одной плоскости с осью отверстия в трубке, порционного воздушного эжектора, выполненного в виде баллона из легкодеформируемого упругого материала и установленного в одно из отверстий головки.

Кроме того, охарактеризованные оперативно-технические преимущества устройства обеспечиваются тем, что:
второй торец заборного узла имеет остроконечный профиль;
поплавковый элемент выполнен в виде полого кольцеобразного тела, в частности в виде полого тора;
поплавковый элемент выполнен с патрубком и колпачком, а устройство снабжено балластом, предназначенным для расположения внутри поплавкового элемента;
корпус, заборный узел и тонкая прозрачная трубка покрыты изнутри несмачиваемым материалом, обладающим отталкивающими свойствами по отношению к подлежащим контролю жидким средам;
в качестве несмачиваемого материала использован или фторопласт, или тефлон, или полиэтилен;
шкала на прозрачной трубке отградуирована в единицах контролируемого параметра.

На чертеже изображена конструкция в разрезе.

Устройство содержит кругосимметричный поплавковый элемент 1, к которому изнутри соосно прикреплен заборный узел, выполненный в виде цилиндрического ножевого отсекателя 2, нижняя круговая кромка которого имеет остроконечный профиль, а верхняя круговая кромка которого соединена с пологим конусообразным раструбом 3, плавно сужающимся кверху и соединенным с отсчетным узлом в виде тонкой прозрачной трубки 4.

Трубка 4 выполнена с отверстием 5 в верхней части своей боковой стенки и снабжена плотно посаженной на ее верхнее окончание с возможностью скользящего кругового перемещения стаканообразной поворотной головкой 6, выполненной с двумя расположенными на одном уровне, но взаимно смещенными на фиксированный угол радиальными отверстиями 7 и 8 в боковой стенке головки 6.

Одно из указанных радиальных отверстий в боковой стенке поворотной головки 6 радиальное отверстие 8 соединено со входом порционного воздушного эжектора 9, выполненного в форме упругого эластичного баллона.

Поплавковый элемент 1 устройства может быть выполнен в виде полого кольцеобразного тела (полого тороида), снабженного патрубком 10 и навинчивающимся колпачком 11 для обеспечения возможности введения в полость поплавкового элемента 1 балластной массы 12 в виде воды и/или тонкого песка.

Трубка 4 отсчетного узла, цилиндрический ножевой отсекатель 2 с остроконечным профилем нижней круговой кромки, предназначенной для ввода в жидкую среду 13, поверхность которой покрыта подлежащей контролю жидкостной пленкой 14, а также пологий конусообразный раструб 3 выполнены целиком или покрыты изнутри несмачиваемым материалом, обладающим отталкивающими свойствами по отношению к рабочим (контролируемым) жидким средам. В частности, цилиндрический ножевой отсекатель 2 может быть покрыт фторопластом, полиэтиленом, полихлорвинилом.

На прозрачную трубку 4 нанесены поперечные деления индикаторной шкалы 15, отградуированной непосредственно в единицах толщины контролируемого жидкостного слоя.

Процесс измерений с помощью описываемого устройства осуществляется следующим образом.

Предварительно установив поворотную головку 6 в ее первое угловое положение, при котором отверстие 8 головки 6 и соответственно вход порционного воздушного эжектора 9 совместятся с отверстием 5 в верхней части трубки 4, освобождают полость эжектора 9 от находившегося в нем воздуха нажатием на упругий эластичный баллон эжектора 9 с одновременным переводом поворотной головки 6 в ее второе угловое положением, при котором вход порционного воздушного эжектора 9 окажется закрытым боковой стенкой верхней части трубки 4, а отверстие 7 поворотной головки 6 и отверстие 5 в верхней части трубки 4 совместятся, обеспечивая сообщение полостей трубки 4 и конусообразного раструба 3 с окружающей воздушной средой.

Затем на поверхность жидкости 13, которая покрыта подлежащей толщинометрии жидкостной пленкой 14, опускают измерительное устройство, цилиндрический ножевой отсекатель 2 которого проникает в подповерхностный слой жидкости 13, вырезая из находящейся на ней жидкостной пленки 14 калиброванный по площади круговой участок, определяемый диаметром ножевого отсекателя 2.

Глубина проникновения цилиндрического ножевого отсекателя3 2 в подповерхностные слои жидкой среды 13, несущей на своей поверхности подлежащую контролю жидкую пленку 14, ограничивается глубиной осадки всего устройства, которая определяется приведенным удельным объемом кругосимметричного поплавкового элемента 1 и может варьироваться в зависимости от свойств контролируемых жидких сред степенью заполнения полости поплавкового элемента 1 балластным материалом 12.

При установленном втором угловом положении поворотной головки 6, когда вход сжатого упругого баллона порционного воздушного эжектора 9, и соответственно отверстие 8 головки 6, закрыты стенкой трубки 4, а отверстие 7 поворотной головки 6 совмещено с отверстием 5 трубки 4, обеспечивая сообщение полости конусообразного ратсруба 3 с окружающей воздушной средой через трубку 4, выделяемый цилиндрическим ножевым отсекателем 2 подповерхностный слой жидкости 13 с вырезанным отсекателем 2 калиброванным по площади круговым участком исследуемой жидкостной пленки 14 заполняют полость конусообразного раструба 3, достигая места перехода этого раструба в прозрачную индикаторную трубку 4.

Указанный процесс заполнения полости конусообразного раструба 3 жидкостью 13 с ограниченным цилиндрическим ножевым отсекателем 2 участком подлежащей контролю жидкостной пленки 14 обусловлен действием закона сообщающихся сосудов, причем степень сечения внутреннего канала трубки 4, обеспечивая масштабный коэффициент увеличения индикаторной шкалой 15 трубки 4 реальных значений подлежащих толщинометрии жидкостных покрытий до 10⁴ раз, что позволяет осуществить оперативный визуальный контроль жидкостных пленочных слоев с толщиной от десятых долей микрона и выше.

Таким образом, наряду со структурной малоэлементностью заявляемого устройства и технологической простотой проводимых с ним операций, исключающих необходимость в высококвалифицированном и трудоемком техническом обслуживании, преимущества заявляемого объекта состоят также в повышенной надежности и достоверности реализуемого им профильного контроля жидкостных пленок, в максимальной оперативности выдачи результатов непосредственно в единицах контролируемого параметра при обеспечении надежного функционирования устройства как в условиях исследовательских лабораторий, так и в нестационарных условиях эксплуатационного контроля, проводимого непосредственно у подлежащих обследованию экологических и промышленных объектов.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и обеспечивает возможность реализации надежного оперативного профильного контроля находящихся на плаву жидкостных пленок и пятен как в лабораторных условиях, так и в нестационарных условиях эксплуатационного контроля, проводимого непосредственно у обследуемого экологического или промышленного объекта. Сущность изобретения: наличие кругосимметричного поплавкового элемента (ПЭ) 1 в виде полого тороида, соединенного с цилиндрическим ножевым отсекателем (НО) 2, верхняя круговая кромка которого соединена с конусообразным раструбом (КР)3, переходящим в тонкую прозрачную трубку (ПТ) 4. Трубка 4 имеет отверстие 5 в боковой стенке и снабжена плотно посаженной на ее верхнее окончание поворотной головкой (ПГ) 6, выполненной с радиальными отверстиями 7 и 8 в ее боковой стенке. Отверстие 8 головки 6 соединено со входом упругого эластичного баллона (УБ) 9. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля толщины жидких пленок и пятен на поверхности более тяжелых сред, содержащее корпус, выполненный в виде полого конусообразного раструба, заборный узел, выполненный в виде полого цилиндра, один торец которого соединен с большим диаметром конусообразного раструба, и отсчетный узел, отличающееся тем, что оно снабжено поплавковым элементом, установленным на внешней поверхности заборного узла симметрично относительно его оси, отсчетный узел выполнен в виде тонкой прозрачной трубки со шкалой с равноинтервальными делениями, один конец которой соединен с меньшим диаметром конусообразного раструба, а на другом ее конце на боковой поверхности выполнено радиальное сквозное отверстие и плотно установлена с возможностью поворота относительно оси трубки стаканообразная головка с двумя смещенными на угол друг относительно друга сквозными отверстиями на боковой поверхности, оси которых расположены в одной плоскости с осью отверстия в трубке, и порционного воздушного эжектора, выполненного в виде баллона из легкодеформируемого упругого материала и установленного в одно из отверстий головки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй торец заборного узла имеет остроконечный профиль. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что поплавковый элемент выполнен в виде полого кольцеобразного тела. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поплавковый элемент выполнен в виде полого тора. 5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что поплавковый элемент выполнен с патрубком и колпачком, а устройство снабжено балластом, предназначенным для расположения внутри поплавкового элемента. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что заборный узел и тонкая прозрачная трубка покрыты изнутри несмачиваемым материалом, обладающим отталкивающими свойствами по отношению к подлежащим контролю жидким средам. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве несмачиваемого материала использован или фторопласт, или тефлон, или полиэтилен. 8. Устройство по пп.1 7, отличающееся тем, что шкала на прозрачной трубке отградуирована в единицах контролируемого параметра.