Способ измерения толщины нефтяной пленки на поверхности воды (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01B11/06 

где Vi топшива нефтяной пленки в

сечении 9% редуктора, опре- депяемая соотношением и тенсивнойтей лучей, отраженных соответственно пленкой в сечении S редуктора н водной поверхностью; MQKC максимальное сечение редуктора.

1. Способ измерений тошаины нефтяной пленки на шжерхности воды, Заключающийся в том, что берут пробу загрязненной воды, покрывают водяным конденсатом внутреннюю поверхность редуктора, погружают редуктор в пробу, отлича ющ и:йся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения нефтяных пленок толщиной менее 10 мкм, перед погружением редуктора в пробу направляют на нефтявную пленку оптический луч, при погружении редуктора в пробу измеряют максимальную и минимальную интенсивности отраженного от поверхности нефтяной пленки луча, отмечают два сечения редуктора, соответствующие максимальной и минимальной интенсивностям этого отраженного луча, соответствующие двум экстремальным значениям интенсивности отраженного луча, заканчивают погружение послеполучения второго экстремального значения и находят толщину нефтяной пленки,по формуле л JLa -К/ Т1 So/5, ,- -О -t где Д. - длина вол mi .оптического луча; ц - показатель преп(Ж(ления нефти, величина которого определяется соотношением максимальной и минимальной интенсивностей отраженного луча; К - множитель кратности, определяемый отношением сечений редуктора, соответствующих первому и второму экстремальным - значениям-ивтенсивностей отраженного луча; BO - сечение редуктора, с которого начинают его погружение; 5 - сечение редуктора, соответст-. вующее первому экстремальному значению инте ивностй отраженного луча. 2. Способ измерения толщины нефтя ной пленки на поверхности воды, заключиющийся в том, что берут пробу загрязнев;ной воды, покрывают водяным конденсатом .внутреннюю поверхность редуктора, Погружают, редуктор в пробу,- о т л и - 1ч а ю щ и и с я тем, что, с целью 4i повышения чувствительности и точности Од иэмерення пленок толщиной менее О,1 мкм, направляют на нефтяную пленку в редук1 торе оптический луч, погружают редуктор в пробу до увеличения тотцины пленки в KWX-10 раз, измеряют соот1аетсгву1ощее сечение .S редуктора в интенсивность луча, отраженного от чистой водной ш верхности, и находят тогацину Ь нефтяной пленки по формтпе /S, мокс

1

Изобретение относится к измерительно технике и может быть использовано, в частности, для измерения толщины нефтяной пленки на поверхности воды при создании устройств, предназначенных для измерения объема пролитой в море нефти с борта судна.

Наиболее близким к изобретению по Технической сущности является способ измерения толщины нефтяной пленки на поверхности воды, заключающийся в том, что берут пробу загрязненной воды, покрывают водяным конденсатом внутреннюю поверхность редуктора, погружают редуктор в )бу 1J .

Недостатками известного способа являются низкие точность измерения толщин тонких, менее 1 мкм, пленок, которые однако часто встречаются на поверхности водоемов, так как при сильном сжатии в пленку попадают частички пыли вз воздуха, капельки воды и т.п., а также чу&ствительность (минимальная толщина пленки составляет 0,2 мкм) из-за высокой вязкости нефти (нефть не проходит в цилиндрическую часть редуктора, если внутренний д-иаметр трубки менее 1,52 мм).

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения нефтяных пленок толщиной менее 10 мкм.

Поставленная цель достигается тем, что перед погружении редуктора в пробу направляют ва нефтяную пленку оптичесхи луч, при погружении редуктора в пробу измеряют максимальную и минимальную интенсивности отраженного от поверхност нефтяной пленки луча. Отмечают два сечения редуктора, соответствующие максимальной и минимальной интенсивностям этого отраженного луча, соответствующие двум экстремальным значениям И1 тенсивности отраженного луча, заканчивают погружение после получения второго экстремального значения и находят тол« щину нефтяной пленки, по формуле

. (1

I.-

где JL - длина волны оптического луча;

показатель преломления нефгв, величина которого определяется отношением максимальной и минимальной и тенсивностей отраженного луча;

К - множитель кратности, определяемый отношением сеченш редуктора, соответствующих перврлу и второму экстремальны1«4 f3Ha4eHBHM йнтенсивностей отраженного луча;

Q - сечение редуктора, с которохчэ начинают егю погружение;

. - сечение редуктора, соответствующее первому экстремальному значению интенсивности отраженного луча.

Первый вариант способа осуществляется при толщине пленки, сравнимой с

Л/4 Игв том случае, когда толщина пленки f)jL/4 И., нельзя достичь указанной цели ло первому варианту, так как нефть перестает существовать в пленочном состоянии раньше, чем интенсивность отраженного луча в процессе увеличения толщины плети достигнет первого максимум (при утолщении пленки более, чем в 10 раз нефть скачкообразно переходит из пленки в комочек или веточку нефти).

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что направляют на пленку нефти в редукторе оптртесквй луч погружают редуктор в пробу до увеличения толщины пленки в раз, измеряют соответствунлцее значение S редуктора и ивтенсивность луча, отраженного от, чистой водной поверхности, н находяг толщину нефтяной плеаси ш формуле 1

макс1%

где 1)3 - толщина нефтяной ппенки в се чении 5з редуктора, определяемая отнощевием ввтевсиввостей лучей, отраженных соответствевно плевццЗ в сечении 6i редуктора и чистой водтой поверхвостью;

Sfuvavcc максимальное сечение редуктора. На чертеже взображеца принципиальна схема устройства дпя осуществления способа измерения толшины нефтяной плевки на поверхности воды. Устройство содержит корпус 1 с. пробой воды с пленкой нефти, редуктор 2 с шкалой 3, испаритель 4, источник 5 луча фотопри0«4вик 6 и регистратор 7. Предлагаемый способ согласно первом варианту ооуществляется следующим обрааам. Берут в корпус 1 пробу водь1, перед . погружением в нее редуктора 2 покрываю внутреннюю поверхность редуктора водяным конденсатом, подержав редуктор несколько секунд над испарителем 4, облучают пленку нефти лучом источника 5, фотопри л НИКОМ 6 принимают и преобразу ют в сигнал отраженный луч, сигнал фото приемника регистрируют регистратором 7 и аапоминают его величину I. Погружают редуктор 2 в пробу, в момент появления максимальнотч) сигнала в регистраторе 7 отмечают величину сечения 6 редуктор по шкале 3, соответствующего первЬму наблюдаемому экстремальному значению интенсивности отраженного луча. Погруже ние продолжают до получения второго экстремального значения по шкале 3 редуктора, находят соответствующее ему значение сечения | 2. При погружении редуктора измеряют по регистратору 7 минимальное и максимальное значения сш налов фотоприемника жениё заканчивают поОле получения на регистраторе второго экстремального значения. Находят отношение Ig oKt/I ммм ® уему с помощью расчетной кривой, находя показатель преломления Нефти ria.. находят отноше ше 6/i/Sa., по немзг с помощью ртсчетных кривых находят величину , жителя кратности К и затем по формуле (1) находят толщину пленки . Предлагаемый способ по второму вариан ту осуществляется следующим образом. , Берут в корпус 1 пробу воды перед погружением в нее редуктора 2, покрывают внутреннюю поверхность редуктора 2 водяным конденсатом, подержав редуктор несколько секунд над испарителем 4, облучают олевку нефти пучам источника 5, фотоприемником 6 принимают и преобразуют в сигнал отраженный луч; сигнал фотоприемнвка регистрируют регистратором 7. Погружая редуктор в пробу, увеличивают толщину пленки, отмечают рост сигнала фотоприемника и отсутствие максимального значения его величины. При MQKt/S9 l-.-lO, .-максрн ;Мальное сечение редуктора; §.3 - сечение редуктора, соответствующее плевке, увеличенной в 1-10 раз по толщине, измеряют сигнал I. Погружениередуктора 2 заканчивают, когда нефть перестанет существовать в пленочном состоянии. Иэ меряют сигнал соответствующий отражению луча от чистой водной поверхности. Находят толщину li плевки по формуле (2). Следует отметить, что борт нефти или нефтепродукта мало сказывается ва погрешность измерения толщины плбвки, если длина волны луча находится в видй мой части спектра. Например, т длине .. волны излучения He-N$ лааера все сорта нефти и нефтепродукты имеют показатели преломления, лежащие в узком диапазоне 1,47-1,55 при наиболее вероятном значении 1,51. Расчет показывает, что если принять HI. 1,51, при этом в резульгтате измерения вносится погрешность, не превышакшшя 10% (второй варш1нт способа). В первсал варианте способа целесообразно уточнять значение И по значениям сигнала в максимуме и минимуме, отражения, если на их величины не влияет поглощение шлучения в пленке (при толщине пленки менее 5 мкм). Если поглощение в пленке нефти играет заметвую роль, т.е. сигналы в соседчих максимумах различаются, целесообразно принять Ио рав вым наиболее вероатвсму его значению ва данной длине волны по литературным данным. Процесс измерения можво вестн как при увеличении, так и умевьшеиЕси толщвны пленки реду1(тором 2. Первый путь сэтедует использовать для более пленок, толщиной мевее 1 мкм, вторЫ1 для более толстых пленок толщиной 1 - 10 мкм. В первом случае вачальвое сечение редуктора равно его максвмальBcxxiy. значению, а во втором случае начальное сечение редуктора равво его мси вимальному звачевию. Максимальная толщина пленки, измеряемая предлагаемым способом, ооставля ет порядка 1О-2О мкм, так как в плевках большейтолщивы ивте)феревпиоввая картина становится вечеткой в&однородностн плевки по толщиве в пределах облучав дого пятва н потощевия вэп чения в пленке. Минимальная трлщвпш пленки составпяет величину сюрядка О,OS , Х/4 И, при этсы сшгаап фотогфвемвшса шхше утолв чевия толщвш);.в предепьвое чвсло раз (порядка 1О) составляет 0,5 IMQKC (ю. длине волны О,63 мкм минимальная тогьщвна плешсв, измеряемая данным методом, равна О,ОО5 мкм). Более тонких roie«ж яа певерхносги водоемов практически не существует. 10 61 Предлагаемый способ легко реализую ется на основе серийно выпускаемых источников и фотоприемников оптического излучения, нмеет небольшую стоимость и.малое энергопотребление.