ES2645527T3 - Sonda, sensor y método de medición - Google Patents

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ES2645527T3
ES2645527T3 ES06807092.9T ES06807092T ES2645527T3 ES 2645527 T3 ES2645527 T3 ES 2645527T3 ES 06807092 T ES06807092 T ES 06807092T ES 2645527 T3 ES2645527 T3 ES 2645527T3
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Harald Danigel
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Abstract

Sonda para la medición simultánea de luz difusa y absorción de luz a una longitud de onda o a dos longitudes de onda diferentes, que comprende: a) elementos ópticos para guiar y colimar luz de transmisión, luz difusa o radiación; b) un primer alojamiento (1) que tiene un primer rebaje pasante (2) y un segundo rebaje pasante (2), conectando los rebajes pasantes primero y segundo (2) un primer extremo del primer alojamiento (1) y un segundo extremo del primer alojamiento (1), estando los elementos ópticos para guiar y colimar la luz de transmisión o la luz difusa comprendidos en los rebajes pasantes primero y segundo (2), teniendo además el primer alojamiento (1) una primera ventana (4) en un extremo del primer rebaje pasante (2) y una segunda ventana (4) en un extremo del segundo rebaje pasante (2), para el paso de luz de transmisión, o luz, y luz difusa, estando situadas las ventanas (4) en el primer extremo del primer alojamiento (1); c) un segundo alojamiento (6), - estando el segundo alojamiento (6) cerrado por un primer extremo mediante una tapa (7), teniendo el segundo alojamiento (6) un tercer rebaje (2) que comprende los elementos ópticos para guiar y colimar radiación y teniendo una tercera ventana (4) para el paso de radiación en un segundo extremo del segundo alojamiento (6), que está dispuesta opuesta a las ventanas primera y segunda (4), o - no teniendo el segundo alojamiento (6) ningún rebaje y teniendo un espejo (8) dispuesto en un segundo extremo del segundo alojamiento (6) opuesto a las ventanas primera y segunda (4); d) al menos un espaciador (5) entre el primer extremo del primer alojamiento (1) que tiene las ventanas primera y segunda (4) y el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene la tercera ventana (4), o el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene el espejo (8), que tiene una longitud de al menos 3 mm; e) un cierre o un dispositivo para el cierre para conectar el primer alojamiento (1) a un recipiente o un tubo, mediante el cual el interior del recipiente o del tubo está sellado herméticamente del entorno, estando encajado el cierre en una superficie exterior del primer alojamiento (1) estando diseñada dicha superficie exterior del primer alojamiento (1) como una rosca de tornillo.

Description

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DESCRIPCION
Sonda, sensor y metodo de medicion
La presente invencion se refiere a una sonda optica para la medicion simultanea de radiacion de transmision y radiacion de luz difusa en hidrocarburos liquidos que son transparentes a la radiacion, un sensor para la medicion continua de agua emulsionada en hidrocarburos liquidos y a un metodo de medicion para la determinacion cualitativa o cuantitativa de agua en hidrocarburos liquidos.
Se sabe que la contaminacion con agua debido al contacto principalmente con aire humedo, pero tambien con contenedores de almacenamiento y lineas de transporte, tiene lugar durante la produccion, almacenamiento y transporte de combustibles liquidos basados en hidrocarburos. Cuando se supera el limite de solubilidad, inicialmente se forman emulsiones de gotitas de agua muy finamente divididas en la base de combustible. Con el tiempo, las gotas se hacen mas grandes y luego se asientan como una fase de sumidero continuo en la parte inferior. El agua libre siempre esta presente como una fase pesada emulsionada y/o continua en los combustibles. Tambien es necesario por razones tecnicas (danos a los motores) y razones de seguridad (transporte aereo) retirar el sumidero de los contenedores de combustible o asentar los lazos / bolsas de los sistemas de linea por medio de una limpieza regular. Durante el transporte, por ejemplo, el agua suspendida se puede eliminar por medio de separadores de coalescencia o absorbedores de agua en las tuberias.
Recientemente se ha sabido que los aditivos a los combustibles pueden afectar negativamente la segregacion del agua. Ademas, el error humano tambien puede conducir al llenado inadvertido de sistemas de tanques con mezclas de combustible y agua, o incluso agua pura. Para la industria aeronautica, los requisitos de seguridad muy particularmente estrictos se aplican ademas por razones comprensibles. Por lo tanto, se intenta monitorear toda la cadena de suministro de los combustibles como petroleo, diesel y especialmente queroseno desde la refineria hasta el abastecimiento de combustible, mientras se detecta rapidamente el contenido de agua libre (es decir, agua no disuelta como fase dispersa) y la presencia de agua en lugar de combustible y, por lo tanto, alerta rapidamente de los peligros y prevenirlos.
La patente britanica 1460623 describe un aparato que tiene una camara de medicion y una camara de referencia para la determinacion de particulas solidas o liquidas en liquidos, por ejemplo agua o particulas de hollin en queroseno. Un componente sustancial del dispositivo de medicion es una unidad de dispersion integrada para liquidos emulsionados. La muestra de medicion se divide en dos corrientes antes de ser introducida en las camaras de medicion, la corriente que fluye a la camara de referencia se calienta para disolver liquidos. Las particulas suspendidas y/o dispersadas se pueden determinar cuantitativamente por medio de luz difusa en las camaras de medicion.
La patente britanica 1554309 describe un dispositivo de medicion que tiene una camara de medicion, una unidad de dispersion integrada, una fuente de radiacion y un detector para medir la absorcion de luz, y un dispositivo de alarma para cerrar las valvulas. Midiendo de 40 a 50 cm, la camara de medicion se ha sentido demasiado larga e impracticable. Solo es posible que el agua emulsionada (es decir, libre) en el combustible sea determinada cualitativamente por el metodo de medicion.
La patente de EE.UU. 4.497.577 divulga un aparato de medicion de humedad de vapor de agua. Tal humedad de vapor de agua se mide como relacion entre la intensidad de un haz de luz y la intensidad de un haz de luz transmitida o un haz de luz difusa. Para medir tal relacion, el documento US 4.497.577 divulga, por ejemplo en las figuras 2 o 7, sondas que comprenden un emisor de haz de luz y una pluralidad de sensores de haz de luz. Tal sonda esta destinada a medir la humedad del vapor de agua o el diametro de particula de gotas dentro del vapor de agua. El documento JP 2000266668 divulga un sensor para monitorizar una disolucion conectada a un instrumento de medicion de absorbancia o transmitida. Tal sensor comprende solamente un emisor de haz de luz asi como solamente un sensor de haz de luz de tal manera que el haz de luz esta viajando por un hueco entre el emisor y el sensor. No es posible una medicion simultanea de luz difusa y absorcion de luz con solamente un sensor de acuerdo con el documento JP 2000266668. El documento US 5.007.740 divulga una sonda optica para propiedades de transmision de luz de fluido. Tal sonda optica esta construida junto con y dentro de una camara de muestra de fluido. Tal sonda optica del documento US 5.007.740 no se construye tambien, ni se usa posiblemente, para una medicion simultanea de fluidos liquidos de luz difusa y absorcion de luz de acuerdo con la presente solicitud.
Todavia no se conoce ningun detector con el que sea posible determinar el agua libre de forma continua y cuantitativa como una fase dispersa en los combustibles y al mismo tiempo la presencia de agua pura en contenedores y lineas. La determinacion cuantitativa debe indicar cantidades registradas de> 0 a 50 mg, por ejemplo de 1 a 30 mg de agua libre por kilogramo de combustible, y sirve para el control de calidad y la prevencion de formacion de sumidero excesivamente rapido. La determinacion de la presencia de agua pura en forma de sumidero, burbujas, piscinas, fases continuas desde el fondo hasta toda la seccion transversal de una linea (es decir, la discriminacion entre combustible y agua) en este caso sirve principalmente para la actualidad estrictamente establecido requisitos de seguridad.
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Se ha encontrado que los objetos mencionados anteriormente se pueden lograr porque solo se usa una trayectoria de haz para medir la luz difusa y la absorcion de luz y la longitud de onda de la radiacion se encuentra en el intervalo de 800 a 3000 nm. Se ha encontrado ademas que tales detectores pueden incluso disenarse como sondas de inmersion en las que se proporciona un volumen de medicion definido, a traves del cual fluye constantemente el combustible y que permite mediciones continuas. Los detectores pueden configurarse facilmente en una realizacion protegida contra explosion.
La invencion se refiere en primer lugar a una sonda para la medicion simultanea de luz difusa y absorcion de luz a una longitud de onda o a dos longitudes de onda diferentes, que comprende:
a) elementos opticos para guiar y colimar luz de transmision, luz difusa o radiacion;
b) un primer alojamiento (1) que tiene un primer rebaje pasante (2) y un segundo rebaje pasante (2), conectando los rebajes pasantes primero y segundo (2) un primer extremo del primer alojamiento (1) y un segundo extremo del primer alojamiento (1), estando los elementos opticos para guiar y colimar la luz de transmision o la luz difusa comprendidos en los rebajes pasantes primero y segundo (2), teniendo ademas el primer alojamiento (1) una primera ventana (4) en un extremo del primer rebaje pasante (2) y una segunda ventana (4) en un extremo del segundo rebaje pasante (2), para el paso de luz de transmision, o luz, y luz difusa, estando situadas las ventanas (4) en el primer extremo del primer alojamiento (1);
c) un segundo alojamiento (6),
- estando el segundo alojamiento (6) cerrado por un primer extremo mediante una tapa (7), teniendo el segundo alojamiento (6) un tercer rebaje (2) que comprende los elementos opticos para guiar y colimar radiacion y teniendo una tercera ventana (4) para el paso de radiacion en un segundo extremo del segundo alojamiento (6), que esta dispuesta opuesta a las ventanas primera y segunda (4), o
- no teniendo el segundo alojamiento (6) ningun rebaje y teniendo un espejo (8) dispuesto en un segundo extremo del segundo alojamiento (6) opuesto a las ventanas primera y segunda (4);
d) al menos un espaciador (5) entre el primer extremo del primer alojamiento (1) que tiene las ventanas primera y segunda (4) y el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene la tercera ventana (4), o el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene el espejo (8), que tiene una longitud de al menos 3 mm;
e) un cierre o un dispositivo para el cierre para conectar el primer alojamiento (1) a un recipiente o un tubo, mediante el cual el interior del recipiente o del tubo esta sellado hermeticamente del entorno, estando encajado el cierre en una superficie exterior del primer alojamiento (1) estando disenada dicha superficie exterior del primer alojamiento
(1) como una rosca de tornillo.
La sonda esta tendida en contacto directo con el combustible. El material para el alojamiento y el espaciador se selecciona, por lo tanto, para que no se nuble o se destruya, por ejemplo se corroa. Ademas de plasticos como por ejemplo politetrafluoroetileno y otros termoplasticos inertes, es posible usar ceramica, vidrio o cuarzo. Los materiales preferidos son metales y aleaciones de metales, por ejemplo aluminio, acero inoxidable y laton. Los termoplasticos son particularmente preferidos ya que el alojamiento puede producirse economicamente por medio de metodos de conformacion tales como, por ejemplo, metodos de moldeo por inyeccion, prensado o extrusion.
Las ventanas son transparentes para la radiacion seleccionada y se instalan en el extremo de los rebajes de forma estanca para que no pueda ingresar combustible a la sonda. Ejemplos de materiales son vidrios, cuarzo, silicatos, zafiro, oxidos de metal, oxidos semimetalicos y plasticos. Las ventanas pueden disenarse como lentes para la colimacion de la luz o para generar radiacion coherente. El diametro de las ventanas puede ser, por ejemplo, de 3 mm a 3 cm y preferiblemente de 5 mm a 2 cm.
Preferiblemente, se usan empaquetaduras o adhesivos para el sellado, y la ventana y la empaquetadura se pueden sujetar, por ejemplo, por medio de anillos de sujecion o cierres de tornillo.
Estos rebajes en el primer alojamiento estan configurados, por ejemplo, como tubos, de modo que el diametro puede recibir elementos opticos para guiar y colimar tanto la luz difusa como la luz de transmision. Ejemplos de elementos opticos son lentes, prismas, filtros opticos, fibras opticas y espejos. Se proporciona un primer rebaje (2) en el primer alojamiento, en el que se puede conducir luz a traves de un espaciador hueco al segundo alojamiento y se puede recibir y conducir luz difusa. Cuando se utiliza un metodo de transflexion, este rebaje se puede usar para recibir elementos opticos para conducir solo la luz difusa a la sonda de medicion, ya que la luz puede ser conducida entonces a traves del segundo rebaje (2) sobre un espejo (8) que se encuentra opuestamente que sustituye la tercera ventana (4). En esta realizacion, el segundo alojamiento cumple la funcion de un marco para un espejo. La luz es en este caso guiada esencialmente perpendicularmente sobre la superficie del espejo, en cuyo caso la luz de transflexion tambien puede medirse a traves de este segundo rebaje (2). Sin embargo, son posibles desviaciones menores de la incidencia de luz normal.
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Los rebajes pueden ser perforaciones en el bloque de alojamiento.
La absorcion de luz se determina en una disposicion lineal, mientras que la luz difusa normalmente se detecta a un angulo definido. Para guiar y colimar la luz difusa, es por lo tanto necesario configurar el primer rebaje (2) en el primer alojamiento de forma que la luz y la luz difusa puedan guiarse simultaneamente en el primer rebaje (2). El segundo rebaje (2) esta preferiblemente dispuesto en el lado opuesto al primer rebaje (2). Por lo tanto, este primer rebaje tambien se puede usar parcialmente para conducir luz a la tercera ventana (4) en el alojamiento (6). La conduccion de la luz a la ventana (4) en el segundo alojamiento (6) y para la medicion de la absorcion y dispersion puede tener lugar por medio de lentes y elementos de desviacion. Sin embargo, se ha encontrado que es muy ventajoso emplear fibras opticas o guias de ondas de luz para la conduccion de la luz, que estan dispuestas por separado en los rebajes. Las lentes se colocan preferiblemente entre las ventanas y las guias de ondas de luz, con el fin de enfocar la luz en el extremo de una guia de ondas de luz cuando las ventanas mismas no estan disenadas como lentes. Se pueden proporcionar marcos para las guias de onda de luz en los rebajes para fijarlas, particularmente en la region de las ventanas.
La luz difusa se mide ventajosamente en la direccion de avance a un angulo de <90° con respecto a la direccion de radiacion, preferiblemente de 2 a 60°, mas preferiblemente de 4 a 40° y particularmente preferiblemente de 5 a 25°. La ventana (4) esta dispuesta correspondientemente a este angulo e integrada en el primer rebaje (2). En principio, tambien es posible medir la retrodispersion. En este caso, es necesario proporcionar una ventana y elementos opticos adicionales en el segundo alojamiento (6) para llevar a cabo la conduccion de la luz a traves del espaciador y un rebaje adicional en el segundo alojamiento.
La forma geometrica de la sonda es arbitraria per se; el alojamiento y el espaciador pueden, por ejemplo, disenarse de forma plana como cuboides o preferentemente de forma redonda como cilindros. La longitud del primer alojamiento puede ser, por ejemplo, de 4 a 100, preferiblemente de 6 a 80 y particularmente preferiblemente de 8 a 50 cm. Cuando se emplea como sonda de inmersion, la longitud total esta dictada esencialmente por el diametro de las tuberias. El diametro del primer alojamiento puede ser, por ejemplo, de 2 a 30, preferiblemente de 4 a 20 y particularmente preferible de 5 a 15 cm. El diametro y la forma geometrica de los alojamientos primero y segundo estan disenados preferentemente por igual. La forma del fondo (7) del segundo alojamiento se adapta convenientemente a la forma de los recipientes y lineas, con el fin de localizar el volumen de medicion formado por el espaciador lo mas cerca posible del fondo durante el funcionamiento.
La longitud del segundo alojamiento es generalmente menor que la del primer alojamiento y puede, por ejemplo, ser de 5 a 35% y preferiblemente de 10 a 30% de la longitud del primer alojamiento. La longitud es en particular sustancialmente menor cuando los espejos (8) se ajustan en el segundo alojamiento en lugar de una tercera ventana (4) para un metodo de transflexion. El segundo alojamiento puede configurarse de manera muy plana y tener un grosor de 2 mm a 1 cm. En esta variante de acuerdo con la invencion, el segundo alojamiento puede configurarse simplemente como un espejo que esta fijado al espaciador de manera que la luz reflejada para medir la absorcion se conduce a la primera ventana (4).
Un rebaje para guiar la luz, opcionalmente por medio de guias de onda de luz o fibras opticas, se dispone convenientemente debajo de un espaciador hueco en el segundo alojamiento, guiado adicionalmente a lo largo de la pared hasta el fondo y a lo largo del segundo alojamiento, antes de desviarse al pared a la tercera ventana (4) en el alojamiento (6) en la direccion del primer alojamiento. Los rebajes a lo largo de las paredes se pueden obtener de forma directa mediante el taladrado. Se puede obtener un rebaje que se extiende a lo largo del fondo taladrando o fresando una cavidad, que puede cerrarse hermeticamente mediante una tapa (atornillando con una empaquetadura).
Cuando se pretende que la radiacion sea reflejada por un espejo (8) del segundo alojamiento, entonces el espaciador puede disenarse como una barra solida y el segundo alojamiento puede disenarse sin rebajes. Un espejo puede tener aproximadamente el mismo diametro que una ventana. En particular, un espejo para generar radiacion colimada y/o para guiar la luz puede disenarse como un espejo concavo. En una realizacion simple, se monta un espejo en un bloque de material y se conecta al primer alojamiento a traves de un marco (5). Tambien es posible integrar un espejo en el bloque de material mediante pulido. Ademas, un espejo puede estar firmemente conectado directamente al marco (5), lo que constituye una realizacion particularmente simple.
El espaciador define el espesor de la capa optica para medir la absorcion y generar luz difusa. Preferiblemente tiene una longitud de 3 mm a 30 cm, preferiblemente de 5 mm a 20 cm, mas preferiblemente de 5 mm a 15 cm y particularmente preferiblemente de 1 a 10 cm. El espesor del espaciador se selecciona para asegurar una estabilidad mecanica suficiente (por ejemplo, en relacion con un combustible que fluye). Cuando se pretende que la luz se realice en el espaciador, su grosor corresponde de forma ventajosa aproximadamente al diametro del rebaje
(2). Cuando no estan dispuestos espejos en el segundo alojamiento (6), el espaciador esta convenientemente conectado al primer alojamiento en la extension del primer rebaje (2).
Las partes de la sonda segun la invencion estan configuradas y conectadas entre si para evitar la entrada de
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combustible. El alojamiento y el espaciador pueden, por ejemplo, estar hechos de una sola pieza. El espaciador tambien se puede conectar con los dos alojamientos de manera firme y sellada por medio de atornillado, union adhesiva, soldadura de fusion o soldadura de aporte.
El cierre esta montado en la pared exterior en la cabecera del primer alojamiento, por ejemplo para formar una sonda de inmersion. Puede, por ejemplo, comprender cierres de tornillo, interbloqueo o brida con los que se puede lograr el sellado hermetico. Para permitir una conexion sellada, las tuberias y los contenedores tienen entradas o glandulas correspondientes como piezas de acoplamiento. Para lograr el sellado hermetico, es conveniente usar empaquetaduras. En una realizacion preferida, la superficie del primer alojamiento esta disenada como una rosca, ya que de este modo se pueden conseguir conexiones simples y hermeticas con sistemas de fijacion tales como entradas en valvulas de bola o tuercas de union.
El cierre puede ser un componente integrado del primer alojamiento (1) que tiene un rebaje circunferencial, con o sin una rosca de tornillo, de manera que sea posible un soporte y una conexion firme mediante la colocacion o atornillado (por medio de una tuerca de union) en una glandula de una tuberia o un contenedor.
En una realizacion preferida, se proporciona un anillo circunferencial (10) para control de espaciamiento, que constituye una parte de un cierre, como un componente integrado del alojamiento (1) en el extremo superior del primer alojamiento (1) que tiene una rosca. Este anillo se usa para soportar una glandula de un tubo o recipiente (12), opcionalmente pro mediacion de una empaquetadura (11), por ejemplo una junta torica. El cierre puede entonces llevarse a cabo por medio de presion a traves de una brida (9), una tuerca de union (9), mediante atornillado o mediante una rosca del alojamiento. Tanto la glandula del tubo o recipiente como la tuerca de union pueden estar provistas de roscas de tornillo para conectar la sonda de acuerdo con la invencion de manera firme y sellada junto con la rosca de tornillo integrada.
Las aberturas de los rebajes primero y segundo para la conduccion de la luz en el primer alojamiento se abren en el extremo superior del alojamiento (1). Los rebajes estan disenados para ser abiertos de modo que las guias de onda de luz puedan guiarse a traves de ellos. Sin embargo, los extremos tambien pueden cerrarse con ventanas que, en particular, estan disenadas como lentes para enfocar la luz sobre los detectores. Como alternativa, los lentes se pueden arreglar antes y/o despues de las ventanas.
La determinacion del agua libre por medio de la luz difusa es sensible. Sin embargo, con las sondas segun la invencion, esta sensibilidad puede aumentarse aun mas cuando se realiza una medicion simultanea de luz difusa en dos angulos opuestos. Con este fin, un rebaje para la conduccion de la luz puede estar mas centralmente en el alojamiento (1), de modo que puede disponerse en el primer alojamiento otra ventana con un rebaje para recibir luz difusa y elementos opticos.
La sensibilidad de la medicion de la luz difusa puede aumentarse ademas detectando luz difusa a una longitud de onda diferente de la absorcion de la luz. Para este fin, se usa una segunda fuente de luz ventajosamente con una potencia mayor, por ejemplo diodos de alta potencia. La conduccion de la luz puede tener lugar a traves de una fibra de vidrio (3) o un haz de fibra de vidrio (3). La segunda longitud de onda se selecciona oportunamente en el intervalo de 800 a 920 nm, preferiblemente de 840 a 880 nm. Diodos de alta potencia con una longitud de onda de emision de 860 nm estan disponibles comercialmente.
La sonda de acuerdo con la invencion es adecuada en particular como una sonda de inmersion para instalar en tuberias y tanques para transportar y almacenar combustibles liquidos de refinerias de petroleo. Estas sondas de inmersion garantizan la determinacion confiable y continua de incluso pequenas cantidades de agua libre en los combustibles para controlar la calidad y la seguridad. Con la medicion de la absorcion, la presencia de agua pura tambien puede detectarse particularmente rapido con alta fiabilidad, incluso como piscinas en el fondo de las tuberias y tanques, lo que aumenta la seguridad. Por lo tanto, la sonda es especialmente adecuada para un sensor con el que se controla automaticamente una medicion continua del agua libre y la presencia de agua. Este sensor se puede usar como un transmisor de senal para que los elementos de control detengan el flujo de combustible o determinen la eliminacion inmediata de sumideros de agua o burbujas.
La invencion tambien se refiere a un sensor, que comprende una sonda segun la invencion, conteniendo el sensor:
a) una fuente de luz o dos fuentes de luz para radiacion en el intervalo de 800 a 3000 nm;
b) fotodetectores para medir la absorcion y la luz difusa;
c) una placa de circuito que tiene elementos para el procesamiento de datos y un programa para el almacenamiento y comparacion de datos de medicion con el fin de determinar cantidades caracteristicas criticas, y elementos para remitir los datos en forma de senales electricas; y opcionalmente un transmisor de senal para desencadenar una senal de aviso optica o acustica.
El alojamiento de la parte de sensor esta colocado en el extremo superior del primer alojamiento de la sonda y esta
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firmemente conectado a la sonda. Dado que las corrientes electricas que representan un flujo de riesgo de seguridad en la parte de sensor, el alojamiento de la parte de sensor se configura de manera particularmente preferible en una realizacion protegida contra explosion. En una realizacion ventajosa, todos los elementos de la parte de sensor estan dispuestos en una placa de circuito.
La parte de sensor tambien puede disponerse por separado de la sonda y unirse a la sonda con cables flexibles para la conduccion de la luz. Con este fin, los cables, que estan conectados a las fuentes de luz y fotodetectores de la parte de sensor, pueden conectarse a las aberturas del primer y segundo rebajes (2) para la conduccion de la luz en el extremo superior del alojamiento (1).
La fuente de luz puede comprender lamparas, laseres o diodos emisores de luz. En el caso de las lamparas, tambien se deben usar filtros de interferencia. Las lamparas no son tan ventajosas debido a su tamano y al calor que desarrollan. Los laseres adecuados son laseres de semiconductor y laseres de diodo. Los diodos emisores de luz, que permiten un diseno compacto debido a su pequeno tamano, son particularmente preferidos. Las fuentes de luz preferidas para determinar la absorcion son las que emiten luz en el intervalo de longitud de onda de 950 a 2200 nm. Las fuentes de luz que emiten en este intervalo a la longitud de onda de las bandas de absorcion del agua, por ejemplo 970, 1155, 1470 o 1950 nm, son particularmente preferidas. Si se usa una segunda fuente de luz para determinar la luz difusa, entonces la longitud de onda se seleccionara para que sea mas corta, por ejemplo en el intervalo de 800 a 920 nm, preferiblemente de 840 a 880 nm. Una segunda fuente de luz se asocia ventajosamente con la primera fuente de luz de modo que la luz de ambas fuentes de luz se acopla en un conductor optico (fibra de vidrio o haz de fibra de vidrio) y se guia a la region de medicion.
Los fotodetectores son conocidos y estan disponibles comercialmente. Pueden comprender fototransistores o alternativamente fotodiodos. Los fotodetectores basados en silicio son particularmente adecuados para el intervalo de longitud de onda seleccionado. Detectores basados en otros semimetales y metales como, por ejemplo, No obstante, tambien se pueden usar Ge, In, Ga, As, Sb, S y Se.
Aguas abajo de los fotodetectores estan dispuestos amplificadores de senal adecuados. Pueden, por ejemplo, comprender amplificadores de luz alterna de alta frecuencia con una salida de senal analogica o digital.
Un transmisor de senal recibe datos en forma de senales electricas y emite una senal como un pulso electrico cuando se supera un valor critico almacenado. Con el pulso, se puede desencadenar entonces una senal de aviso optica y/o acustica o se puede accionar una valvula electrica para cerrar una linea.
Los elementos para el procesamiento de datos y un programa para el almacenamiento y comparacion de datos de medicion para determinar cantidades criticas y elementos para remitir datos en forma de senales electricas son conocidos per se y habituales para el experto en la tecnica, de modo que una descripcion es innecesaria.
La invencion tambien se refiere a un metodo para la determinacion cuantitativa, directa y continua de agua libre como una fase dispersa en combustibles liquidos, y la presencia de agua pura en tanques o tuberias para tales combustibles, que se caracteriza porque un sensor de acuerdo con la invencion se sumerge en un tanque o una tuberia y se conecta de manera estanca al aire, la absorcion y la luz difusa se miden y se convierten en senales electricas, y las senales obtenidas se graban.
Para la determinacion cuantitativa, el sensor se calibra de antemano con cantidades conocidas de agua libre en el combustible y luego los valores de medicion se comparan con los valores calibrados. Con el metodo de acuerdo con la invencion, es posible medir cantidades de hasta 1 mg o menos de agua libre por kg de combustible, y la presencia de agua puede determinarse muy rapidamente. Por lo tanto, el metodo puede usarse para el control de calidad y tambien como un sistema de alarma, con el fin de prevenir eficazmente la entrada de agua o eliminar el agua acumulada con prontitud.
La invencion se refiere ademas a un metodo para evitar el llenado de tanques de combustible con demasiada agua, o solo con agua, que se caracteriza porque un sensor segun la invencion se sumerge en un tanque o una tuberia y se conecta de manera estanca al aire, la absorcion y la luz difusa se miden y se convierten en senales electricas, y las senales obtenidas se graban opcionalmente como una bitacora, la fuerza de senal se compara con una senal critica de referencia y, si la fuerza de senal supera la senal de referencia, se desencadena un pulso electrico que conduce al desencadenamiento de una senal de aviso optica o acustica y/o a que se pare un flujo de combustible.
Las figuras 1 a 3 describen la invencion con mas detalle.
La figura 1a representa una seccion transversal de una sonda segun la invencion, cuya pared esta provista de una rosca de tornillo. Una primera ventana (4) y una segunda ventana (4), que se abren en un primer rebaje (2) y un segundo rebaje (2) y estan disenadas como lentes, estan dispuestas en un primer alojamiento (1). El primer rebaje (2) puede usarse como un canal para guiar la luz y para recibir luz difusa. Las fibras opticas se pueden sujetar como guias de onda de luz (3) en los canales. El espacio hueco (5) conecta el alojamiento (1) con el segundo alojamiento (6), que tiene una tapa (7) y comprende una tercera ventana (4) para que la luz salga a la segunda ventana (4).
La figura 1b muestra un extracto de una sonda de acuerdo con la invencion con una guia de ondas bifurcada de luz
(3) para iluminar desde dos fuentes de luz diferentes.
5 La figura 2a representa una seccion transversal de una sonda de acuerdo con la invencion para la medicion de transflexion, cuya pared esta provista de una rosca de tornillo. Una primera ventana (4) y una segunda ventana (4), que se abren en un primer rebaje (2) y un segundo rebaje (2) y estan disenadas como lentes, estan dispuestas en un primer alojamiento (1). El primer rebaje (2) puede usarse como un canal para recibir y conducir luz difusa a traves de una guia de ondas de luz (3). El segundo rebaje (2) puede usarse para iluminar y dirigir la luz de reflexion 10 mediante una guia de onda de luz (3). El espacio (5) conecta el alojamiento (1) con el segundo alojamiento (6), que tiene un espejo (8) para generar luz de transmision.
La figura 2b muestra una sonda de acuerdo con la invencion para la medicion de transflexion, de acuerdo con la figura 2a pero con una guia de onda de luz adicional (3) en el segundo rebaje (2) para acoplar luz desde dos fuentes 15 de luz diferentes.
La figura 3 representa una seccion transversal de una posible forma de fijacion de la sonda segun la invencion, que esta provista de una rosca de tornillo. En el extremo superior del primer alojamiento (1) que tiene una rosca de tornillo, hay un anillo circunferencial (10) como un componente integrado del alojamiento (1). Este anillo se usa como 20 soporte en una glandula de un tubo o recipiente (12). Una tuerca de union (9) conecta la sonda y el tubo o contenedor (12) por mediacion de una empaquetadura (11), por ejemplo una junta torica.

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Sonda para la medicion simultanea de luz difusa y absorcion de luz a una longitud de onda o a dos longitudes de onda diferentes, que comprende:
    a) elementos opticos para guiar y colimar luz de transmision, luz difusa o radiacion;
    b) un primer alojamiento (1) que tiene un primer rebaje pasante (2) y un segundo rebaje pasante (2), conectando los rebajes pasantes primero y segundo (2) un primer extremo del primer alojamiento (1) y un segundo extremo del primer alojamiento (1), estando los elementos opticos para guiar y colimar la luz de transmision o la luz difusa comprendidos en los rebajes pasantes primero y segundo (2), teniendo ademas el primer alojamiento (1) una primera ventana (4) en un extremo del primer rebaje pasante (2) y una segunda ventana (4) en un extremo del segundo rebaje pasante (2), para el paso de luz de transmision, o luz, y luz difusa, estando situadas las ventanas (4) en el primer extremo del primer alojamiento (1);
    c) un segundo alojamiento (6),
    - estando el segundo alojamiento (6) cerrado por un primer extremo mediante una tapa (7), teniendo el segundo alojamiento (6) un tercer rebaje (2) que comprende los elementos opticos para guiar y colimar radiacion y teniendo una tercera ventana (4) para el paso de radiacion en un segundo extremo del segundo alojamiento (6), que esta dispuesta opuesta a las ventanas primera y segunda (4), o
    - no teniendo el segundo alojamiento (6) ningun rebaje y teniendo un espejo (8) dispuesto en un segundo extremo del segundo alojamiento (6) opuesto a las ventanas primera y segunda (4);
    d) al menos un espaciador (5) entre el primer extremo del primer alojamiento (1) que tiene las ventanas primera y segunda (4) y el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene la tercera ventana (4), o el segundo extremo del segundo alojamiento (6) que tiene el espejo (8), que tiene una longitud de al menos 3 mm;
    e) un cierre o un dispositivo para el cierre para conectar el primer alojamiento (1) a un recipiente o un tubo, mediante el cual el interior del recipiente o del tubo esta sellado hermeticamente del entorno, estando encajado el cierre en una superficie exterior del primer alojamiento (1) estando disenada dicha superficie exterior del primer alojamiento (1) como una rosca de tornillo.
  2. 2. Sonda de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque la segunda ventana (4) esta dispuesta opuesta a la ventana (4) en el alojamiento (6).
  3. 3. Sonda de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque la primera ventana (4) esta dispuesta para recibir luz difusa a un angulo de <90° con respecto la direccion de propagacion de la luz.
  4. 4. Sonda de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque el espaciador (5) tiene una longitud de 3 mm a 30 cm.
  5. 5. Sonda de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque el segundo alojamiento (6) esta disenado como un espejo, o un espejo (8) esta provisto en el segundo alojamiento.
  6. 6. Sonda de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizada porque el espejo (8) esta tendido opuesto a las ventanas (4) del primer alojamiento.
  7. 7. Sensor, que comprende una sonda de inmersion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1-6, conteniendo el sensor:
    a) una fuente de luz o dos fuentes de luz para una radiacion en un intervalo de 800 a 3000 nm;
    b) fotodetectores para medir la absorcion y la luz difusa;
    c) una placa de circuito que tiene elementos para el procesamiento de datos y un programa para el almacenamiento y la comparacion de datos de medicion con el fin de determinar cantidades de caracteristicas criticas, y elementos para remitir los datos en forma de senales electricas; y opcionalmente un transmisor de senales para desencadenar una senal de aviso optica o acustica.
  8. 8. Sensor de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado porque la segunda fuente de luz esta asociada con la primera fuente de luz de una manera tal que la luz de ambas fuentes de luz esta acoplada en un conductor optico (fibra de vidrio o haz de fibra de vidrio) y guiada a la region de medicion.
  9. 9. Sensor de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado porque ambas fuentes de luz comprenden diodos de
    emision de luz, emitiendo la primera fuente de luz una luz con una longitud de onda de 950 a 2200 nm con la que se mide la absorcion de luz, y emitiendo la segunda fuente de luz una luz con una longitud de onda de 800 a 920 nm con la que se determina la luz difusa.
    5 10. Metodo para la determinacion cuantitativa, directa y continua de agua libre como fase dispersa en combustibles
    liquidos, y la presencia de agua pura en tanques o canerias para tales combustibles, caracterizado porque un sensor de acuerdo con la reivindicacion 8 se sumerge en un tanque o una caneria y se conecta de manera estanca al aire, la absorcion y la luz difusa se miden y se convierten en senales electricas, y las senales obtenidas se graban.
    10 11. Metodo para evitar el llenado de tanques de combustible con demasiada agua, o solo con agua, caracterizado
    porque un sensor de acuerdo con la reivindicacion 8 se sumerge en un tanque o una caneria y se conecta de manera estanca al aire, la absorcion y la luz difusa se miden y se convierten en senales electricas, las senales obtenidas se graban opcionalmente como una bitacora, la fuerza de senal se compara con una senal critica de referencia y, si la fuerza de senal supera la senal de referencia, se desencadena un pulso electrico que lleva al 15 desencadenamiento de una senal de aviso optica o acustica y/o a que se pare un flujo de combustible.
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