PL210765B1 - Głowica pomiarowa z kapilarą optyczną do badania wybranych parametrów cieczy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica pomiarowa z kapilarą optyczną do badania wybranych parametrów cieczy, które w wyniku ogrzewania nie wydzielają frakcji stałych.

Znana jest głowica pomiarowa z kapilarą optyczną do badania cieczy przedstawiona w pracy „Capilaries as the components of photonic sensor micro-systems” opublikowanej w Measurment Science and Technology, vol. 19, 2008 r. wykorzystująca odcinek kapilary optycznej do badania parametrów cieczy. Do wnętrza tej kapilary wprowadzona jest badana próbka cieczy i z obu stron kapilary wprowadzone są włókna światłowodowe: nadawcze i odbiorcze. Na kapilarze osadzony jest grzejnik, służący do separacji faz ciecz-para cieczy wskutek przepływu prądu elektrycznego.

Znane rozwiązanie pozwala na wypełnienie kapilary tylko przez ciecz zwilżającą materiał kapilary. Ponadto kłopotliwe jest usunięcie cieczy z cienkiej kapilary, a także uzyskanie powtarzalnego zasilania i detekcji głowicy.

Celem wynalazku jest głowica pomiarowa umożliwiająca wygodne wprowadzenie i usunięcie cieczy z wnętrza kapilary przy powtarzalnym zasilaniu i detekcji.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że we wnętrzu kapilary optycznej są lekarskie igły iniekcyjne wprowadzająca i wyprowadzająca badaną ciecz. Trwałe połączenia włókien światłowodowych, igieł i krańców kapilary wykonane jest z kleju optycznego o wyższym współczynniku załamania światła, niż szkło, z którego wykonana jest kapilara optyczna. Połączenie trwałe kapilary optycznej, igły iniekcyjnej odprowadzającej, włókna toru detekcji optycznej połączone jest z włóknem światłowodowym służącym do monitorowania stanu wypełnienia kapilary optycznej. Włókna toru zasilania optycznego i detekcji optycznej umiejscowione są głębiej w kapilarze optycznej, niż igły wprowadzająca i odprowadzająca próbki cieczy. Grzejnik oporowy umiejscowiony jest pomiędzy czołami włókien toru zasilania optycznego i detekcji optycznej. Grzejnik oporowy wykonany jest ze zwojów drutu lub taśmy oporowej, nawinięty jest bezpośrednio na kapilarę optyczną.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia łatwe wprowadzenie i wyprowadzanie z głowicy pomiarowej także cieczy niezwilżającej, a trwałe umiejscowienie włókien optycznych wewnątrz kapilary za pomocą kleju optycznego, zapewnia powtarzalne wyniki pomiarowe.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schematycznie głowicę pomiarową z kapilarą optyczną do badania wybranych parametrów cieczy.

Głowica pomiarowa zbudowana jest z korpusu 10, w którym umieszczony jest odcinek kapilary optycznej 1, w której wnętrzu umieszczone są formowane lekarskie igły iniekcyjne wprowadzająca 4 i odprowadzająca 5 próbki cieczy. Do wnętrza kapilary optycznej 1 wprowadzone są również włókna światłowodowe toru zasilania optycznego 2 i detekcji optycznej 3. Trwałe połączenia 6, 7 torów zasilania optycznego 2, detekcji optycznej 3, igieł iniekcyjnych 4, 5 i krańców kapilary optycznej 1 wykonane są z kleju optycznego o wyższym współczynniku załamania światła niż szkło, z którego wykonana jest kapilara. Ponadto trwałe połączenie 7 igły odprowadzającej 5 i kapilary optycznej 1 korzystnie wyposażone jest we włókno światłowodowe 11 służące do monitorowania stanu wypełnienia kapilary optycznej 1. Separacja faz ciecz-para cieczy wywołana jest w skutek przepływał prądu elektrycznego przez grzejnik oporowy 8, wykonany z drutu lub taśmy oporowej, nawiniętej bezpośrednio na kapilarę optyczną 1. Rozwiązanie takie korzystnie zwiększa sprawność grzania.

Wskutek przepływu prądu przez grzejnik, w wyniku parowania w obszarze kapilary optycznej i powstaje bąbel pary cieczy, którego trwałe istnienie zależne jest od stosunku prężności pary do ciśnienia wytwarzanego przez siły napięcia powierzchniowego. Prężność pary własnej danej cieczy określa ciśnienie, przy którym w określonej temperaturze gaz jest w stanie równowagi z cieczą. Ciśnienie to zależy od rodzaju cieczy i od temperatury. Im większa temperatura tym większe ciśnienie pary nasyconej. W kapilarze podczas grzania ciśnieniu pary cieczy przeciwdziała ciśnienie wynikające z sił nacisku powierzchniowego. Napięcie powierzchniowe jest wartością charakterystyczną dla danej cieczy i zależy od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury napięcie powierzchniowe maleje. W efekcie podgrzewania części kapilary optycznej 1 następuje gwałtowne parowanie w rezultacie, którego powstają obszary wypełnione parami cieczy. Powstałe w ten sposób bąble pary tworzą powierzchnię graniczną ciecz-para i tak powstałe soczewki w sposób charakterystyczny dla danej cieczy wpływają na propagację sygnału optycznego w torze turbidimetrycznym. Pomiar zmian transmisji światła w cyklach: przed grzaniem, w czasie grzania, po wyłączeniu prądu grzejnika występujący w powtarzalny sposób dla badanej cieczy i porównany z odpowiednimi charakterystykami wzorcowymi pozwala na identyfikację rodzaju cieczy lub badania zmian jej parametrów.

PL 210 765 B1

Kluczowym elementem wpływającym korzystnie na powtarzalność wyników pomiarowych jest wzajemne umiejscowienie czół torów zasilania optycznego 2, toru detekcji optycznej 3 i igieł iniekcyjnych 4, 5 wewnątrz kapilary. Pozycjonowanie to umożliwia wprowadzenie cieczy bez pęcherzyków powietrza wpływających niekorzystnie na wypromieniowywanie mocy optycznej z toru turbidimetrycznego. Wynika to z faktu, że czoła włókien optycznych umiejscowione są głębiej we wnętrzu kapilary niż ostrza igieł iniekcyjnych. Igły iniekcyjne 4, 5 są wygięte w swym środku tak, że osie symetrii obu części są równoległe, a część igły od strony stożka wprowadzającego badaną ciecz jest oddalona od włókna światłowodowego. Umożliwia to równoległe wprowadzenie igły iniekcyjnej 4, 5 i włókna światłowodowego toru zasilania optycznego 2, i detekcji optycznej 3 do wnętrza kapilary 1.

Ponadto połączenia 6, 7 na obu końcach kapilary optycznej 1 z torami zasilania optycznego 2 i detekcji optycznej 3 i igłami iniekcyjnymi 4, 5 wykonane są za pomocą kleju optycznego o większym współczynniku załamania szkła niż szkło, z którego wykonana jest kapilara. Rozwiązanie takie daje możliwość monitorowania właściwego wypełnienia kapilary optycznej 1 badaną cieczą przy zasilaniu głowicy. Charakterystyczne świecenie połączenia kapilary optycznej 1, igły iniekcyjnej 4, 5 i włókna światłowodowego toru zasilania optycznego 2 i toru detekcji optycznej 3, jest wizualnym wskaźnikiem prawidłowego wprowadzenie cieczy do głowicy pomiarowej.

Claims (6)

1. Głowica pomiarowa z kapilarą optyczną do badania wybranych parametrów cieczy zawierająca korpus, w którym umiejscowiona jest kapilara optyczna zaopatrzona w grzejnik do strefowej separacji faz ciecz-para cieczy a z obu stron kapilary wprowadzone są włókna światłowodowe toru optycznego, znamienna tym, że we wnętrzu kapilary optycznej (1) są lekarskie igły iniekcyjne wprowadzająca (4) i wyprowadzająca (5) badaną ciecz.

2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że trwałe połączenia (6, 7) włókien światłowodowych, igieł i krańców kapilary wykonane jest z kleju optycznego o wyższym współczynniku załamania światła, niż szkło, z którego wykonana jest kapilara optyczna (1).

3. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że połączenie trwałe (7), kapilary optycznej (1), igły iniekcyjnej odprowadzającej (5), włókna toru detekcji optycznej (3) połączone jest z włóknem światłowodowym (11) służącym do monitorowania stanu wypełnienia kapilary optycznej (1).

4. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że włókna toru zasilania optycznego (2) i detekcji optycznej (3) umiejscowione są głębiej w kapilarze optycznej (1), niż igły wprowadzająca (4) i odprowadzająca (5) próbki cieczy.

5. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że grzejnik oporowy (8) umiejscowiony jest pomiędzy czołami włókien toru zasilania optycznego (2) i detekcji optycznej (3).

6. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że grzejnik oporowy (8) wykonany jest ze zwojów drutu lub taśmy oporowej i nawinięty jest bezpośrednio na kapilarę optyczną (1).