RU2494383C1 - Method for pulsed thermal express inspection of process liquids - Google Patents
Method for pulsed thermal express inspection of process liquids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494383C1 RU2494383C1 RU2012113652/28A RU2012113652A RU2494383C1 RU 2494383 C1 RU2494383 C1 RU 2494383C1 RU 2012113652/28 A RU2012113652/28 A RU 2012113652/28A RU 2012113652 A RU2012113652 A RU 2012113652A RU 2494383 C1 RU2494383 C1 RU 2494383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- probe
- temperature
- measuring
- thermal stability
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для оперативного теплофизического контроля качества технологических жидкостей в производственных условиях без участия человека.The invention relates to analytical technique and can be used for operational thermophysical quality control of process fluids in a production environment without human intervention.
Для этих целей известен способ экспресс-анализа жидких сред (RU 2221238, публ. 10.01.2002 г.) [1]. Согласно известному способу исследуемую жидкость быстро нагревают импульсом электрического тока на поверхности проволочного нагревателя-зонда до температуры ниже температуры ее достижимого перегрева, после чего на зонд подают второй электрический импульс, повторно нагревают до этой же температуры, измеряют время ее достижения и по величине этого времени судят о величине показателя термического сопротивления жидкой среды.For these purposes, a known method of rapid analysis of liquid media (RU 2221238, publ. 10.01.2002) [1]. According to the known method, the test liquid is quickly heated by an electric current pulse on the surface of the wire heater probe to a temperature below the temperature of its achievable overheating, after which a second electric pulse is applied to the probe, reheated to the same temperature, the time of its achievement is measured, and the value of this time is judged about the value of the thermal resistance index of a liquid medium.
Нагревая жидкую среду первым (греющим) импульсом электрического тока до избранной температуры, в нее вносят контролируемое температурное возмущение, которое оценивают с помощью второго (измерительного) импульса, повторно достигая избранной температуры и регистрируя отклик в виде длительности импульса. Зондом служит платиновая проволока диаметром 20 мкм и длиной 1 см. Включенная в мостовую схему она выполняет функцию нагревателя и термометра сопротивления. Значения сопротивлений в высокоомной ветви моста подбираются таким образом, чтобы баланс моста наступал при температуре зонда, равной избранному значению.When a liquid medium is heated by the first (heating) electric current pulse to a selected temperature, a controlled temperature perturbation is introduced into it, which is estimated using the second (measuring) pulse, repeatedly reaching the selected temperature and recording the response as a pulse duration. The probe is a platinum wire with a diameter of 20 microns and a length of 1 cm. Included in the bridge circuit, it acts as a heater and a resistance thermometer. The resistance values in the high-resistance branch of the bridge are selected so that the balance of the bridge occurs at a probe temperature equal to the selected value.
Однако такой показатель, как термическое сопротивление жидкой среды, используемый для оценки контрольного физического параметра жидкости, зависит от начальной температуры образца, что отрицательно сказывается на точности долговременных измерений. Задача настоящего изобретения заключается в повышении точности долговременных измерений и автоматизации процесса контроля качества технологических жидкостей.However, such an indicator as the thermal resistance of a liquid medium used to evaluate the control physical parameter of a liquid depends on the initial temperature of the sample, which negatively affects the accuracy of long-term measurements. The objective of the present invention is to improve the accuracy of long-term measurements and automation of the process of quality control of process fluids.
Для решения поставленной задачи способ теплоимпульсного экспресс-контроля технологических жидкостей включает быстрый цикличный нагрев жидкости импульсами электрического тока на поверхности проволочного нагревателя-зонда, измерение длительности интервала между последовательно достигаемыми состояниями баланса измерительного моста, использование этой величины для оценки контрольного физического параметра жидкости, по значению которого судят об изменениях в составе жидкости по сравнению с эталоном, при этом в качестве контрольного физического параметра жидкости используют значение температуры нарушения ее термической устойчивости, для чего на каждом измерительном импульсе, начиная со второго, последовательно приращивают максимальную температуру зонда, и по превышению порога длительности измерительного интервала судят о значении температуры, нарушающей термическую устойчивость жидкости на заданном интервале времени, затем максимальную температуру зонда последовательно снижают до величины, соответствующей термической устойчивости жидкости, и циклично повторяют процесс контроля.To solve this problem, the method of heat-pulse express control of process liquids includes rapid cyclic heating of the liquid by electric current pulses on the surface of the wire heater probe, measuring the duration of the interval between successively reached balance states of the measuring bridge, using this value to estimate the control physical parameter of the liquid, by the value of which judge changes in the composition of the fluid compared to the standard, while as a control the physical parameter of the liquid, the temperature value of violation of its thermal stability is used, for which, at each measuring pulse, starting from the second, the maximum temperature of the probe is sequentially incremented, and when the measurement interval is exceeded, the temperature value violating the thermal stability of the liquid is judged for a given time interval, then the maximum probe temperature is successively reduced to a value corresponding to the thermal stability of the liquid, and cyclically oryayut control process.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. Температура нарушения термоустойчивости Т* характеризует состояние жидкости, но в отличие от известного способа, где в качестве контрольного физического параметра жидкости используют зависящее от начальной температуры образца термическое сопротивление жидкой среды, значение Т* определяется только составом жидкости и временем термического воздействия. Опытным путем установлено, что для определенного класса жидкостей (например, технических масел) существует область повышенной чувствительности значения Т* к содержанию летучих примесей при времени термического воздействия 1-10 мс. При нарушении термоустойчивости увеличивается теплообмен между жидкостью и зондом и увеличивается длительность интервала между последовательно достигаемыми состояниями баланса измерительного моста (длительность измерительного импульса Δt). Предварительными экспериментами определяется пороговое значение длительности измерительного импульса tП, превышение которого свидетельствует о нарушении термической устойчивости жидкости. Пороговое значение длительности измерительного импульса в заявленном способе использовано в качестве критерия для программной перестройки измерительного моста, которую осуществляют в соответствии с результатом, полученным на предыдущем измерении.The essence of the claimed method is as follows. The temperature of the violation of thermal stability T * characterizes the state of the liquid, but in contrast to the known method, where the thermal resistance of the liquid medium depending on the initial temperature of the sample is used as the control physical parameter of the liquid, the value of T * is determined only by the composition of the liquid and the time of thermal exposure. It has been experimentally established that for a certain class of liquids (for example, technical oils) there is a region of increased sensitivity of the T * value to the content of volatile impurities at a thermal exposure time of 1-10 ms. In case of violation of thermal stability, heat transfer between the liquid and the probe increases and the duration of the interval between successively achieved balance states of the measuring bridge increases (the duration of the measuring pulse Δt). Preliminary experiments determine the threshold value of the measuring pulse duration t P , the excess of which indicates a violation of the thermal stability of the liquid. The threshold value of the duration of the measuring pulse in the claimed method is used as a criterion for software adjustment of the measuring bridge, which is carried out in accordance with the result obtained in the previous measurement.
Результатом считается переход заданного порога по длительности измерительного импульса. В устойчивом режиме (Δt<tП) на каждом следующем шаге измерения производят приращение максимальной температуры, достигаемой в импульсе, за счет перестройки точки баланса моста. При обнаружении факта Δt>tП соответствующее значение температуры зонда запоминается, а перестройку моста производят в обратную сторону, то есть максимальную температуру зонда уменьшают до тех пор, пока не будет достигнуто состояние Δt>tП после чего алгоритм повторяют.The result is the transition of a given threshold for the duration of the measuring pulse. In the stable mode (Δt <t P ), at each subsequent measurement step, the maximum temperature achieved in the pulse is incremented due to the adjustment of the balance point of the bridge. When a fact Δt> t P is detected, the corresponding value of the probe temperature is remembered, and the bridge is rebuilt in the opposite direction, that is, the maximum probe temperature is reduced until the state Δt> t P is reached, after which the algorithm is repeated.
Таким образом, заявленный способ позволяет автоматически отслеживать температурную границу области термоустойчивости жидкости, использовать эффект проявления нарушения термической устойчивости жидкости через увеличение длительности измерительного импульса и за счет использования этого эффекта производить программную перестройку измерительного моста в процессе измерений.Thus, the claimed method allows you to automatically track the temperature boundary of the region of thermal stability of the liquid, use the effect of the manifestation of violation of thermal stability of the liquid through an increase in the duration of the measuring pulse, and through the use of this effect, programmatically rebuild the measuring bridge during the measurement process.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в использовании эффекта нарушения термической устойчивости жидкости, проявляемого через увеличение длительности измерительного импульса, для контроля состава технологической жидкости и возможности на основе критерия пороговой длительности измерительного импульса, производить программную перестройку измерительного моста в процессе измерений.A new technical result achieved by the claimed invention is to use the effect of violation of the thermal stability of the liquid, manifested through an increase in the duration of the measuring pulse, to control the composition of the process fluid and the possibility, based on the criterion of the threshold duration of the measuring pulse, to programmatically rebuild the measuring bridge during the measurement process.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 изображена схема измерительного моста; на фиг.2 - характерные траектории нагрева зонда в жидкости при условиях Δt<tП; на фиг.3 - характерные траектории нагрева зонда в жидкости при условиях Δt>tП, здесь t* - момент нарушения термоустойчивости жидкости. Длительности участков нагрева (t0÷t1) и измерения Δt=t2-t1 составляют по порядку величины 10-5 с и 10-3 с, соответственно. На фиг.4 - калибровка устройства при пошаговом повышении значения температуры зонда в образцах трансформаторного масла с заданным влагосодержанием, выраженным в ppm или граммах влаги в тонне масла (г/т). Представлены кривые изменения напряжения разбаланса моста во времени на измерительном интервале. Кривая 7 демонстрирует процесс потери термоустойчивости образца масла с опасным уровнем влагосодержания c7 - 50 ppm (г/т) при нагреве зонда до температуры Т1=530 К. На фиг.5 - пример калибровочной зависимости для турбинного масла.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 shows a diagram of a measuring bridge; figure 2 - characteristic trajectories of the heating of the probe in the liquid under the conditions Δt <t P ; figure 3 - characteristic trajectories of the heating of the probe in the liquid under the conditions Δt> t P , here t * is the moment of violation of the thermal stability of the liquid. The durations of the heating sections (t 0 ÷ t 1 ) and the measurements Δt = t 2 -t 1 are in order of magnitude 10 -5 s and 10 -3 s, respectively. Figure 4 - calibration of the device with a stepwise increase in the temperature of the probe in transformer oil samples with a given moisture content, expressed in ppm or grams of moisture per ton of oil (g / t). Curves of the change in the voltage of the unbalance of the bridge in time over the measurement interval are presented. Curve 7 shows the process of losing the thermostability of the sample with hazardous oil moisture level c 7 - 50 ppm (g / t) for heating the probe to a temperature T1 = 530 K. Figure 5 - an example of the calibration curve for the turbine oils.
Схема измерительного моста включает R1, R2, R3, R4, в том числе, зонд - резистивный датчик температуры R1, предназначенный для погружения в жидкость. Зонд представляет собой платиновую проволочку диаметром 20 мкм и длиной 3 мм, заключенную между двумя электрическими выводами. Таким образом, схема (фиг.1) включает R1 - сопротивление зонда (термометр сопротивления); R2, R4 - сопротивления плеч моста; R3 - цифровой потенциометр для настройки моста; ИП - источник питания; КП - коммутатор питания; СБН - схема быстрого нагрева; УС - дифференциальный усилитель; К - компаратор; Тр - триггер; МП - микропроцессор.The measuring bridge circuit includes R1, R2, R3, R4, including a probe - a resistive temperature sensor R1, designed for immersion in a liquid. The probe is a platinum wire with a diameter of 20 microns and a length of 3 mm, enclosed between two electrical leads. Thus, the circuit (FIG. 1) includes R1 — probe resistance (resistance thermometer); R2, R4 - resistance of the shoulders of the bridge; R3 - digital potentiometer for tuning the bridge; IP - power source; KP - power switch; СБН - fast heating circuit; US - differential amplifier; K is a comparator; Tr - trigger; MP is a microprocessor.
Повышение температуры зонда сопровождается изменением разности потенциалов между выводами измерительной диагонали моста. Эту разность потенциалов, имеющую величину около десятков милливольт, принимает дифференциальный усилитель сигнала УС, который увеличенное значение передает на компаратор К. Величина сигнала сравнивается с нулевым значением, то есть проверяется условие баланса моста R1R3=R2R4. В момент баланса на выходе триггера Тр формируется управляющий сигнал для МП и КП. Измерительный интервал времени определяется между двумя точками баланса моста, которые достигаются в процессе нестационарного теплообмена проволочного зонда с жидкостью. Длительность измерительного интервала определяется интенсивностью теплообмена в заданных условиях. Настройка моста на температуру опыта производится с помощью цифрового потенциометра (ЦП) R3, который программно управляется от микропроцессора управления (МП). МП совместно с ЦП осуществляет программную перестройку измерительного моста для каждого цикла измерений.An increase in the probe temperature is accompanied by a change in the potential difference between the terminals of the measuring diagonal of the bridge. This potential difference, which has a value of about tens of millivolts, is adopted by the differential signal amplifier US, which transmits the increased value to the comparator K. The signal value is compared with a zero value, that is, the balance condition of the bridge R1R3 = R2R4 is checked. At the moment of balance, a control signal for the MP and KP is formed at the output of the Tr trigger. The measuring time interval is determined between two points of the bridge balance, which are achieved in the process of unsteady heat transfer of a wire probe with a liquid. The duration of the measuring interval is determined by the intensity of heat transfer in the given conditions. The bridge is tuned to the test temperature using a digital potentiometer (CPU) R3, which is programmatically controlled by a microprocessor control (MP). MP together with the CPU carries out software restructuring of the measuring bridge for each measurement cycle.
Нагрев зонда по команде МП через СБН и КП выполняют в два этапа с существенно различной скоростью за счет изменения мощности нагрева (см. фиг.2 и 3). На первом этапе осуществляется перевод жидкости в область повышенной чувствительности к содержанию летучих примесей. За отрезок времени t0÷t1 температура зонда, а, следовательно, и температура пристеночного слоя жидкости, возрастают до заданного значения температуры Т1. Второй этап состоит из процесса «остывание - повторный нагрев до значения T1» (см. фиг.2). Отклонение температуры зонда T(t1÷t2) от значения Т1 составляет единицы градусов. Этот этап является измерительным. Длина отрезка Δt=t2-t1 при заданной функции нагрева, выбранная в качестве измеряемого параметра, зависит от состояния жидкости. При повышении концентрации летучей примеси с время t* существования жидкости до нарушения термоустойчивости сокращается, соответственно значение T* уменьшается. По достижении определенного значения с наблюдается нарушение термоустойчивости за время t*, меньшее, чем значение порога tП. Явление сопровождается резким изменением интенсивности теплообмена зонда со средой, что приводит к существенному увеличению Δt, т.е. начинает выполняться условие Δt>tП (см. фиг.3). Такой же эффект наблюдается при пошаговом увеличении температуры опыта Т1 при заданном значении с. При некотором значении
Автоматическое слежение за состоянием жидкости обеспечивается за счет циклического повышения и понижения температуры зонда вблизи искомой границы. С этой целью МП периодически инициирует тестирующие импульсы и перенастраивает мост, перепрограммируя ЦП. В каждом опыте значение измерительного интервала Δt сравнивается с заданным значением порога tП и производится подготовка следующего опыта с более высокой температурой, если Δt<tП или с меньшей, если Δt>tП. Для исключения гистерезиса учитываются отсчеты значений
Косвенный характер метода предполагает проведение калибровочных измерений на чистых образцах масла и образцах масел, аттестованных по содержанию известной примеси. Для подготовки образцов применена система контролируемого насыщения масла летучим компонентом из паровой фазы. В качестве примеси, исходя из условий работы турбоагрегатов и трансформаторов, была выбрана вода. Характерная калибровочная кривая на образцах с известным уровнем влагосодержания приведена на фиг.5. Разрешение устройства в данном случае составляет 2 грамма влаги на тонну масла.The indirect nature of the method involves carrying out calibration measurements on pure samples of oil and samples of oils certified for the content of known impurities. For the preparation of samples, a system of controlled saturation of oil with a volatile component from the vapor phase was used. Based on the operating conditions of turbine units and transformers, water was chosen as an impurity. A characteristic calibration curve for samples with a known moisture content is shown in FIG. 5. The resolution of the device in this case is 2 grams of moisture per ton of oil.
Таким образом, заявленный способ экспресс-контроля технологических жидкостей позволяет автоматически отслеживать температурную границу термоустойчивости жидкости, судить об изменениях в ее составе по изменению значения температуры нарушения термоустойчивости, и за счет использования порогового явления увеличения длительности измерительного импульса при нарушении термической устойчивости жидкости, производить программную перестройку измерительного моста в процессе измерений, что повышает точность долговременных измерений и автоматизирует процедуру экспресс-контроля качества технологической жидкости.Thus, the claimed method of express control of process liquids allows you to automatically monitor the temperature limit of thermal stability of a liquid, to judge changes in its composition by changing the temperature value of violation of thermal stability, and by using the threshold phenomenon of increasing the duration of the measuring pulse in case of violation of thermal stability of the liquid, to perform program adjustment measuring bridge in the measurement process, which increases the accuracy of long-term measurements and omatiziruet procedure for rapid quality control of the process fluid.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113652/28A RU2494383C1 (en) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Method for pulsed thermal express inspection of process liquids |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113652/28A RU2494383C1 (en) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Method for pulsed thermal express inspection of process liquids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2494383C1 true RU2494383C1 (en) | 2013-09-27 |
Family
ID=49254139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012113652/28A RU2494383C1 (en) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | Method for pulsed thermal express inspection of process liquids |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2494383C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699241C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-09-04 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-внедренческая фирма «ТермоЭкспрессКонтроль» | Moisture meter of process liquids |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1225359A1 (en) * | 1984-05-22 | 1987-08-23 | Предприятие П/Я М-5301 | Bed for determining the heat and hydrodynamic characteristics of liquid in a film-boiling mode |
RU2139528C1 (en) * | 1998-01-05 | 1999-10-10 | Казанский государственный технологический университет | Device and method measuring thermophysical properties of liquids and gases |
RU2221238C1 (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых технологий" | Proximate method of analysis of liquid media |
RU2343463C1 (en) * | 2007-05-29 | 2009-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Method of hard material test for melting and/or softening temperature and related device for implementation thereof |
RU2387981C1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Method for complex detection of thermal characteristics of materials |
US8066429B2 (en) * | 2007-06-06 | 2011-11-29 | Waters Technologies Corporation | System and method for thermal analysis using variable thermal resistance |
-
2012
- 2012-04-06 RU RU2012113652/28A patent/RU2494383C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1225359A1 (en) * | 1984-05-22 | 1987-08-23 | Предприятие П/Я М-5301 | Bed for determining the heat and hydrodynamic characteristics of liquid in a film-boiling mode |
RU2139528C1 (en) * | 1998-01-05 | 1999-10-10 | Казанский государственный технологический университет | Device and method measuring thermophysical properties of liquids and gases |
RU2221238C1 (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых технологий" | Proximate method of analysis of liquid media |
RU2343463C1 (en) * | 2007-05-29 | 2009-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Method of hard material test for melting and/or softening temperature and related device for implementation thereof |
US8066429B2 (en) * | 2007-06-06 | 2011-11-29 | Waters Technologies Corporation | System and method for thermal analysis using variable thermal resistance |
RU2387981C1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Method for complex detection of thermal characteristics of materials |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699241C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-09-04 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-внедренческая фирма «ТермоЭкспрессКонтроль» | Moisture meter of process liquids |
WO2020162782A1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-08-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Внедренческая Фирма "Термоэкспресс Контроль" | Device for measuring the moisture content of process fluids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Khaled et al. | Capacitive sensor probe to assess frying oil degradation | |
CN102597754B (en) | hydrogen chlorine level detector | |
CN106706165B (en) | A kind of method and device of temperature measurement | |
EP2942612A1 (en) | Temperature Modulated Thermogravimetric Analysis | |
CN101788513A (en) | Measurement device of thermal conductivity of materials and method thereof | |
RU2494383C1 (en) | Method for pulsed thermal express inspection of process liquids | |
Heim et al. | Analysis and interpretation of results of thermal conductivity obtained by the hot wire method | |
Rastrello et al. | A system for the dynamic control and thermal characterization of ultra low power gas sensors | |
CN205786052U (en) | A kind of heater and coagulation analysis system | |
RU2696826C1 (en) | Method of determining temperature of amorphous ferromagnetic microwires during current heating | |
RU2699241C1 (en) | Moisture meter of process liquids | |
Dias et al. | Proposal of a novel heat dissipation soil moisture sensor | |
CN105997016B (en) | Method and system for identifying measurement object based on electronic thermometer | |
US20220003702A1 (en) | Method for detecting at least one gas quantity of at least one predetermined gas by a measurement sensor of a plurality of gases | |
JP3748424B2 (en) | Scaling law moisture measurement method and apparatus | |
CN105910882A (en) | Heating device and blood coagulation analysis system | |
WO2019172794A1 (en) | Instrument for measuring the thermal conductivity of liquid by using a needle-shaped sensor | |
RU2686859C1 (en) | Method of measuring thermal resistance between a housing of a semiconductor device and a cooling radiator | |
RU2245524C2 (en) | Method for checking thermocouples | |
RU2521139C1 (en) | Method to determine thermal conductivity factor for nanostructurised surface layer of engineered materials | |
RU2324164C1 (en) | Method of identifying system of thermo-physical properties of hard materials | |
WO2003069323A2 (en) | Method for measuring thermal diffusity | |
Khaled et al. | Capacitive sensing system for frying oil assessment during heating | |
Vatani | Measurement apparatus | |
RU2328724C1 (en) | Method for identification of solid materials thermal properties complex |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150407 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20161220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180407 |