RU2680861C1 - Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products - Google Patents
Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680861C1 RU2680861C1 RU2018104771A RU2018104771A RU2680861C1 RU 2680861 C1 RU2680861 C1 RU 2680861C1 RU 2018104771 A RU2018104771 A RU 2018104771A RU 2018104771 A RU2018104771 A RU 2018104771A RU 2680861 C1 RU2680861 C1 RU 2680861C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wollaston prism
- light
- angle
- cuvette
- polarizer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее - к поляризационным приборам, измеряющим угол поворота плоскости поляризации света, прошедшего через вещество, обладающее естественной или наведенной оптической активностью. Предлагается поляриметр погружной для контроля доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах как в процессе их производства, так в процессе их реализации или хранения на нефтебазах. Поляриметр измеряет угол поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света, прошедшего вещество, на которое действует продольное магнитное поле (эффект Фарадея) [1].The invention relates to optical instrumentation, and more specifically to polarizing devices that measure the angle of rotation of the plane of polarization of light transmitted through a substance with natural or induced optical activity. An immersion polarimeter is proposed to control the proportion of aromatic hydrocarbons in light oil products both during their production and during their sale or storage at oil depots. A polarimeter measures the angle of rotation of the plane of polarization of linearly polarized light transmitted through a substance exposed to a longitudinal magnetic field (Faraday effect) [1].
Вещество, помещенное в продольное магнитное поле, поворачивает плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль вектора напряженности магнитного поля , на уголA substance placed in a longitudinal magnetic field rotates the plane of polarization of light propagating along the magnetic field vector at an angle
где: V - постоянная Вердэ (удельное магнитное вращение в веществе [мин./э см]);where: V is the Verdet constant (specific magnetic rotation in the substance [min. / e cm]);
- напряженность магнитного поля в [эрстедах]; - magnetic field strength in [oersteds];
L - длина пути света в веществе в [см];L is the path length of light in matter in [cm];
β - угол между направлением лучей света и направлением вектора напряженности магнитного поля;β is the angle between the direction of the light rays and the direction of the magnetic field vector;
- постоянный конструктивный коэффициент. - constant design factor.
Из уравнения (1) видно, что при постоянном коэффициенте К угол поворота плоскости поляризации света α пропорционален постоянной Вердэ исследуемого вещества.From equation (1) it can be seen that for a constant coefficient K, the angle of rotation of the plane of polarization of light α is proportional to the Verdet constant of the test substance.
Таким образом, по найденному углу поворота плоскости поляризации α можно идентифицировать анализируемое вещество или найти концентрацию растворенного вещества в растворе, если заведомо известна разница постоянной Вердэ растворителя и растворенного вещества.Thus, by the found angle of rotation of the plane of polarization α, one can identify the analyte or find the concentration of the dissolved substance in the solution, if the difference between the Verdet constant of the solvent and the dissolved substance is known.
Так, например, по известным заранее величинам постоянных Вердэ гептана (Vгеп=0,0125 мин/э см) и толуола (Vтол=0,0269 мин/э см) можно найти концентрацию С% толуола, растворенного в гептанеSo, for example, according to previously known values of the Verde constants of heptane (V hep = 0.0125 min / e cm) and toluene (V tol = 0.0269 min / e cm), one can find the concentration C% of toluene dissolved in heptane
где Vx - измеренная величина постоянной Вердэ смеси.where V x is the measured value of the Verdet constant of the mixture.
Учитывая линейную зависимость угла поворота плоскости поляризации α и постоянной Вердэ V (1) можно записать:Given the linear dependence of the angle of rotation of the plane of polarization α and the Verdet constant V (1), we can write:
где: αx - угол поворота плоскости поляризации света, прошедшего путь L в исследуемом растворе при напряженности магнитного поля Hcosβ;where: α x is the angle of rotation of the plane of polarization of the light that has passed the path L in the test solution at a magnetic field Hcosβ;
αгеп, αтол - углы поворота плоскости поляризации света гептана и толуола при тех же условиях, то есть, при одинаковых , L и β.α hep , α tol - angles of rotation of the plane of polarization of light of heptane and toluene under the same conditions, that is, under identical , L and β.
Известен способ определения суммарного содержания ароматических углеводородов в нефтяных фракциях и светлых нефтепродуктах [2]. Согласно этому способу светлые нефтепродукты представляют в виде двух компонент: парафино-нафтеновых углеводородов (растворитель) и ароматических углеводородов (растворенное вещество).A known method for determining the total content of aromatic hydrocarbons in oil fractions and light petroleum products [2]. According to this method, light oil products are presented in the form of two components: paraffin-naphthenic hydrocarbons (solvent) and aromatic hydrocarbons (dissolved substance).
Ароматические углеводороды существенно отличаются по своим физическим свойствам от парафино-нафтеновых составляющих топлив, например, постоянной Коттона-Мутона, плотностью, показателем преломления, дисперсией, в том числе и постоянной Вердэ.Aromatic hydrocarbons differ significantly in their physical properties from paraffin-naphthenic constituents of fuels, for example, Cotton-Mouton constant, density, refractive index, dispersion, including the Verdet constant.
Поэтому, пользуясь методом группового анализа для светлых нефтепродуктов, формулу (3) можно записать в виде:Therefore, using the method of group analysis for light petroleum products, formula (3) can be written as:
где: αх - измеренный угол поворота плоскости поляризации исследуемого нефтепродукта при ;where: α x is the measured angle of rotation of the plane of polarization of the investigated oil at ;
αпн, αар - усредненные значения углов поворота плоскости поляризации парафино-нафтеновых и соответственно, ароматических составляющих при том же конструктивном коэффициенте К.α mon , α ar are the average values of the angles of rotation of the plane of polarization of paraffin-naphthenic and, accordingly, aromatic components with the same design coefficient K.
Известно, что измерение угла а поворота плоскость поляризации линейно поляризованного света, прошедшего через вещество, находящееся в продольном магнитном поле, можно производить с помощью простых визуальных полярископов [1]. Однако, визуальные полярископы являются грубыми приборами, их погрешность измерений угла α находится в пределах от ±0,05° до 0,5°.It is known that the measurement of the angle of rotation a of the plane of polarization of linearly polarized light transmitted through a substance located in a longitudinal magnetic field can be performed using simple visual polaroscopes [1]. However, visual polaroscopes are rude instruments, their error in measuring the angle α is in the range from ± 0.05 ° to 0.5 °.
Существует множество конструкций фотоэлектрических цифровых поляриметров и сахариметров, предназначенных для измерения угла поворота плоскости поляризации света, прошедшего через оптически активное вещество, например, раствор сахарозы, глюкозы, мальтозы, фруктозы и тому подобное. Их погрешность измерения угла α существенно ниже и может достигать величин от ±0,005° до ±0,001°. Так, например, в фотоэлектрическом (цифровом) поляриметре измерения сахара (глюкозы) в моче [3] применен модуляционный метод измерения состояния поляризации света, проходящего через кювету с анализируемым раствором, что позволяет снизить погрешность регистрации угла поворота плоскости поляризации до величины ±0,002°.There are many designs of photoelectric digital polarimeters and saccharimeters designed to measure the angle of rotation of the plane of polarization of light transmitted through an optically active substance, for example, a solution of sucrose, glucose, maltose, fructose and the like. Their error in measuring the angle α is much lower and can reach values from ± 0.005 ° to ± 0.001 °. For example, in the photoelectric (digital) polarimeter for measuring sugar (glucose) in urine [3], a modulation method was used to measure the state of polarization of light passing through a cuvette with an analyzed solution, which allows one to reduce the error in recording the angle of rotation of the plane of polarization to ± 0.002 °.
По совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом по отношению к предлагаемому поляриметру является устройство для измерения угла оптического вращения, вызванного оптически активным веществом по патенту США №5.168.326 [4].In terms of the essential features, the closest analogue to the proposed polarimeter is a device for measuring the angle of optical rotation caused by an optically active substance according to US patent No. 5.168.326 [4].
Известное устройство содержит источник монохроматического света 1 (фиг. 1), первый простой линейный поляризатор 2, плоскость пропускания которого составляет угол ±45° с плоскостями пропускания установленного за ним второго поляризатора выполненного в виде призмы Волластона 3, установленную между поляризаторами 2, 3 кювету 4, с первым 5 и вторым 6 защитными окнами. Кювета 4 наполнена исследуемым веществом 7. В раздвоенных призмой 3 пучках света установлены две собирающие линзы 8, 9, в фокальных плоскостях которых установлены фотоприемники 10 и 11. Фотоприемники 10 и 11 подсоединены к линейным усилителям 12 и 13, которые подключены к электрическому блоку 14 с индикатором 15.The known device contains a monochromatic light source 1 (Fig. 1), the first simple
Известное устройство работает следующим образом. Монохроматический пучок света от источника 1 коллимируется, проходит поляризатор 2 и становится линейно поляризованным, азимут поляризации которого составляет угол ±45° по отношению к плоскостям пропускания лучей поляризатора 3. Линейно поляризованный пучок света после поляризатора 2 проходит кювету 4 с исследуемым веществом 7 и призму Волластона 3. Призма Волластона 3 разделяет пучок света на два линейно поляризованные пучка, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны. Далее разделенные призмой 3 пучки света интенсивностью I1 и I2 линзами 8 и 9 собираются на чувствительных элементах фотоприемников 10 и 11.The known device operates as follows. The monochromatic light beam from the source 1 collimates, passes the
Электрические сигналы U1 и U2 фотоприемников 10, 11 усиливаются линейными усилителями 12, 13 и подаются в электронный блок 14.The electrical signals U 1 and U 2 of the photodetectors 10, 11 are amplified by
В электронном блоке 14 происходит вычисление разности сигналов U1-U2, суммы сигналов U1+U2 и их отношениеIn the
которое пропорционально измеряемому углу поворота плоскости поляризации света α, произошедшему в результате прохождения линейно поляризованного света через оптически активное вещество 7.which is proportional to the measured angle of rotation of the plane of polarization of light α, which occurred as a result of the passage of linearly polarized light through an optically
Результат измерений угла α индицируется индикатором 15. Если исследуемое вещество 7 не обладает оптической активностью, то после поляризатора 2 линейно поляризованный свет проходит вещество 7 без изменения азимута линейной поляризации и после призмы Волластона 3 разделяется на два равных по интенсивности пучка светаThe measurement result of the angle α is indicated by
где I0 - интенсивность света, падающего на поляризатор 2;where I 0 - the intensity of the light incident on the
τ - коэффициент пропускания оптического тракта.τ is the transmittance of the optical path.
В этом случае потенциалы U1 и U2 равны, электронный блок 14 дает информацию об отношении Q=0 и на цифровом индикаторе 15 отображается нулевой результат измерений угла α.In this case, the potentials U 1 and U 2 are equal, the
Если исследуемое вещество 7 обладает оптической активностью, то на выходе кюветы 4 азимут линейной поляризации изменяется на угол а и интенсивности света I1 и I2 изменяются согласно закону Малюса:If the
В этом случае разность интенсивностей света будет равнаIn this case, the difference in light intensities will be equal to
а их суммаand their amount
Потенциалы U1 и U2 на выходах усилителей 12, 13 пропорциональны интенсивностям света I1 и I2, поэтому отношение сигналовThe potentials U 1 and U 2 at the outputs of the
Электронный блок 14 дает информацию о измеренном угле α, что индицируется на индикаторе 15.The
Известное устройство по патенту США №5.168.326 позволяет выполнять точные измерения угла поворота плоскости поляризации света, прошедшего через вещество, обладающее естественной оптической активностью, например, через раствор сахара. Однако, это устройство имеет ряд существенных недостатков. Во-первых оно не содержит признаков, обеспечивающих возможность измерения угла поворота плоскости поляризации света, наведенного продольным магнитным полем, не может обеспечивать измерение постоянной Вердэ и, следовательно, не пригодно для определения доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах. Во-вторых, в известном устройстве по патенту США №5.168.326 обеспечивается только однократное прохождение линейно поляризованного пучка света через испытуемое вещество 7. Это означает, что если кювету 4 с веществом 7 поместить в продольное магнитное поле, а вещество 7 обладает естественной оптической активностью, то в результате получим сумму эффектов, то есть, на эффект Фарадея наложится не контролируемый эффект естественной оптической активности. Это приводит к недостоверным результатам измеренных значений постоянной Вердэ и доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах. В-третьих, конструкция известного устройства по патенту США №5.168.326 не содержит признаков, позволяющих его погружать в исследуемые светлые нефтепродукты.The known device according to US patent No. 5.168.326 allows accurate measurements of the angle of rotation of the plane of polarization of light transmitted through a substance with natural optical activity, for example, through a sugar solution. However, this device has a number of significant drawbacks. Firstly, it does not contain signs that make it possible to measure the angle of rotation of the plane of polarization of light induced by a longitudinal magnetic field, cannot measure the Verde constant and, therefore, is not suitable for determining the proportion of aromatic hydrocarbons in light oil products. Secondly, the known device according to US patent No. 5.168.326 provides only a single passage of a linearly polarized light beam through the
Предлагается новое устройство, свободное от перечисленных недостатков.A new device is proposed, free of the above disadvantages.
Поляриметр погружной содержит источник монохроматического, коллимированного пучка, света и установленные по ходу лучей света первый линейный поляризатор, второй поляризатор, выполненный в виде призмы Волластона. Плоскость пропускания первого поляризатора составляет угол ±45° с плоскостями пропускания второго поляризатора. Между поляризаторами установлена кювета с первым и вторым защитными окнами, которая наполнена исследуемым веществом. После призмы Волластона в разделенных пучках света установлены две собирающие линзы, в фокальных плоскостях которых установлены два фотоприемника. Фотоприемники связаны с двумя линейными усилителями, которые соединены с электронным блоком с индикатором. Предлагаемый поляриметр имеет следующие отличительные признаки. Кювета выполнена в виде тонкостенной трубы с фланцем из диамагнитного и нейтрального к нефтепродуктам материала. Непосредственно возле защитных окон в трубе кюветы выполнены прямоугольные отверстия. На втором защитном окне с противоположной от источника света стороне нанесено зеркальное покрытие. На кювете закреплен постоянный магнит в виде отрезка цилиндрической трубы из материала с большой коэрцитивной силой, а направление напряженности магнитного поля аксиальное, то есть, вдоль оси цилиндрической трубы. Наружные поверхности постоянного магнита защищены диамагнитным материалом.The immersion polarimeter contains a source of a monochromatic, collimated beam, light, and a first linear polarizer, a second polarizer made in the form of a Wollaston prism, installed along the rays of light. The transmission plane of the first polarizer is an angle of ± 45 ° with the transmission planes of the second polarizer. A cuvette with first and second protective windows, which is filled with the test substance, is installed between the polarizers. After the Wollaston prism, two collecting lenses are installed in separated beams of light, in the focal planes of which two photodetectors are installed. Photodetectors are connected to two linear amplifiers that are connected to an electronic unit with an indicator. The proposed polarimeter has the following distinctive features. The cuvette is made in the form of a thin-walled pipe with a flange made of diamagnetic and oil-neutral material. Rectangular openings are made directly near the protective windows in the cell tube. The second protective window has a mirror coating on the side opposite from the light source. A permanent magnet is fixed on the cuvette in the form of a segment of a cylindrical pipe made of a material with high coercive force, and the direction of the magnetic field is axial, that is, along the axis of the cylindrical pipe. The outer surfaces of the permanent magnet are protected by diamagnetic material.
Угол разведения лучей призмой Волластона 2β удовлетворяет условиюThe angle of beam dilution by the prism of Wollaston 2β satisfies the condition
где: 2β - угол раздвоения лучей призмой Волластона;where: 2β is the angle of the bifurcation of rays by the Wollaston prism;
А - ширина призмы Волластона;A is the width of the Wollaston prism;
D - диаметр пучка света;D is the diameter of the light beam;
L - расстояние от призмы Волластона до зеркала.L is the distance from the Wollaston prism to the mirror.
На фиг. 1 показана структурная схема известного устройства по патенту США №5.168.326.In FIG. 1 shows a structural diagram of a known device according to US patent No. 5.168.326.
На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого поляриметра погружного типа для контроля доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах.In FIG. 2 shows a block diagram of the proposed immersion-type polarimeter to control the proportion of aromatic hydrocarbons in light petroleum products.
На фиг. 3 показана конструкция предлагаемого поляриметра в сборе.In FIG. 3 shows the design of the proposed polarimeter assembly.
Предлагаемый поляриметр погружной для контроля доли ароматических углеводородов содержит источник монохроматического, коллимированного пучка света 1 (фиг. 2), например, в виде лазерного модуля и установленные по ходу лучей первый простой линейный поляризатор 2, второй линейный поляризатор 3, выполненный в виде призмы Волластона. Плоскость пропускания первого поляризатора составляет угол ±45° с плоскостями поляризации лучей, выходящих из второго поляризатора 3. После поляризатора 3 установлена кювета 4, которая выполнена в виде тонкостенной трубы с фланцем из диамагнитного и нейтрального к нефтепродуктам материала. Кювета 4 содержит первое 5 и второе 6 защитные окна из оптического стекла и заполнена исследуемым веществом 7, например моторным топливом. На втором защитном окне 6 с противоположной от источника света стороне нанесено зеркальное покрытие. В обоих разделенных призмой Волластона 3 пучках света установлены собирающие свет линзы 8 и 9, в фокальных плоскостях которых закреплены чувствительные слои фотоприемников 10, 11. Фотоприемники 10 и 11 подключены к линейным усилителям соответственно 12, 13, которые, в свою очередь, подключены к электронному блоку 14, содержащему индикатор 15. В трубе кюветы 4 непосредственно после защитного окна 5 и перед защитным окном 6 выполнены прямоугольные отверстия 16, 17. (фиг. 3) На трубе кюветы 4 между отверстиями 16 и 17 закреплен постоянный магнит в виде набора отрезков цилиндрических труб 18 из материала с большой коэрцитивной силой, например, Nd2Fe14B и с аксиальным направлением напряженности магнитного поля. Наружные поверхности постоянного магнита 18 защищены диамагнитным материалом 19, торцы которого загерметизированы компаундом 20.The proposed submersible polarimeter for controlling the proportion of aromatic hydrocarbons contains a source of a monochromatic, collimated light beam 1 (Fig. 2), for example, in the form of a laser module and installed along the rays of the first simple
Конструктивно предлагаемый поляриметр погружной для контроля доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах состоит из четырех основных частей (фиг. 2, фиг. 3):Structurally, the proposed submersible polarimeter to control the proportion of aromatic hydrocarbons in light petroleum products consists of four main parts (Fig. 2, Fig. 3):
- погружная часть поляриметра, которая содержит трубу кюветы 4 с закрепленными на ней защитными окнами 5, 6, постоянным магнитом 18 и призмой Волластона 3;- the immersion part of the polarimeter, which contains the tube of the
- резервуар 21 с исследуемым веществом 7;- a
- наружная часть, которая содержит корпус 22, в котором закреплены источник света 1, поляризатор 2, линзы 8, 9, фотоприемники 10, 11;- the outer part, which contains a
- электронная часть, в которой закреплены усилители 12, 13, электронный блок 14 и индикатор результатов измерений 15.- the electronic part in which the
Фланцы кюветы 4 и корпуса 22 по диаметру больше диаметра горловины резервуара 21, роль которого в лабораторных условиях может выполнять обыкновенный стакан, (фиг. 3) а в технологических линиях - фрагмент магистрального трубопровода, по которому движется светлый нефтепродукт.The flanges of the
Предлагаемый поляриметр погружной для контроля доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах работает следующим образом.The proposed submersible polarimeter to control the proportion of aromatic hydrocarbons in light petroleum products works as follows.
Монохроматический, коллимированный и частично поляризованный пучок света от лазерного модуля 1 (фиг. 2) проходит поляризатор 2, становится линейно поляризованным с азимутом поляризации +45° (или -45°) по отношению к плоскостям пропускания призмы Волластона 3, разделяется призмой 2 на два одинаковые по интенсивности пучка света с взаимно ортогональными азимутами поляризации, которые проходят кювету 4 с исследуемым веществом 7, отражаются от зеркала 6, повторно проходят исследуемое вещество 7, поляризатор 2, собираются линзами 8, 9 и воспринимаются фотоприемниками 10 и 11.A monochromatic, collimated and partially polarized light beam from the laser module 1 (Fig. 2) passes through the
Под воздействием продольного (аксиального) магнитного поля постоянного магнита 18 в исследуемом веществе 7 происходит эффект поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света в каждом пучке на угол:Under the influence of the longitudinal (axial) magnetic field of the
где: - вектор напряженности продольного магнитного поля;Where: - vector of longitudinal magnetic field strength;
V - постоянная Вердэ исследуемого вещества 7;V is the Verdet constant of the
2L - путь, пройденный светом в исследуемом веществе в кювете 4 длинной L.2L - the path traveled by light in the test substance in the
Зависимость интенсивности света I1 и I2, воспринимаемых фотоприемниками 10, 11, от угла поворота плоскости поляризации а исследуемым веществом 7 можно найти по первым параметрам векторов Стокса и после перемножения матриц Мюллера, характеризующих воздействие каждого элемента оптики на поляризованный свет согласно уравнению:The dependence of the light intensity I 1 and I 2 , perceived by the
где: - вектор Стокса, характеризующий свет от источника 1;Where: is the Stokes vector characterizing the light from source 1;
Частично поляризованный свет от источника 1 можно представить вектором СтоксаPartially polarized light from source 1 can be represented by the Stokes vector
где: I0 - интенсивность света изучаемая источником 1;where: I 0 - light intensity studied by source 1;
р - степень поляризации света от источника 1;p is the degree of polarization of light from source 1;
γ - азимут преимущественной частичной поляризации.γ is the azimuth of predominant partial polarization.
Азимут γ преимущественной поляризации света I0 от источника, выполненного в виде лазерного модуля, может изменяться при изменениях температуры и тока питания. Пропуская такой свет через линейный поляризатор 2 происходит стабилизация состояния поляризации света, падающего на призму Волластона 3.The azimuth γ of the predominant polarization of light I 0 from the source, made in the form of a laser module, can vary with changes in temperature and supply current. By passing such light through a
'Гак, умножая матрицу на вектор получаем новый вектор'' Hack multiplying the matrix on vector we get a new vector
который характеризуется стабильным азимутом линейной поляризации 45° и не зависит от изменения азимута преимущественной поляризации γ и степени поляризации р источника света 1, так как γ и р влияют только на величину интенсивности света, а не на состояние поляризации падающего на призму Волластона 3 света.which is characterized by a stable azimuth of linear polarization of 45 ° and does not depend on the change in the azimuth of the preferred polarization γ and the degree of polarization p of the light source 1, since γ and p affect only the magnitude of the light intensity, and not the polarization state of the light incident on the
После призмы Волластона 3 выходят два разделенные на угол 2β пучки света, которые можно представить векторамиAfter the
то есть один пучок света линейно поляризован в горизонтальной плоскости (знак «плюс»), а другой - в вертикальной плоскости (знак «минус»).that is, one light beam is linearly polarized in the horizontal plane (plus sign), and the other in the vertical plane (minus sign).
Далее после двукратного прохождения линейно поляризованных пучков света с взаимно ортогональными плоскостями поляризации через исследуемое вещество 7 получаем пучки света, которые представляются векторами СтоксаFurther, after twofold passage of linearly polarized light beams with mutually orthogonal planes of polarization through the
а после прохождения поляризатора 2 векторами Стоксаand after passing through the
Фотоприемники 10, 11 воспринимают интенсивности пучков света I1 и I2, которые характеризуются первыми параметрами вектора Стокса, то есть:The
Усилители 12, 13 работают в линейном режиме, поэтому на их выходах сигналы в виде потенциалов сигналов U1 и U2 пропорциональны интенсивностям света I1 и I2.
В электронном блоке 14 вычисляются: отношение разности сигналов U1 и U2 к сумме этих сигналовIn the
искомый угол поворота плоскости поляризацииdesired angle of rotation of the plane of polarization
а также процентное содержание ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктахas well as the percentage of aromatic hydrocarbons in light petroleum products
где: αх - измеренный угол поворота плоскости поляризации света исследуемым веществом 7 при напряженности поля магнита 18 и длине пути 2L, пройденном светом в кювете 4 длиной L;where: α x is the measured angle of rotation of the plane of polarization of light by the investigated
αар, αПН - априори известные усредненные значения углов поворота плоскости поляризации света ароматических и парафино-нафтеновых составляющих, измеренных при тех же значениях и 2L;α ar , α PN - a priori known average values of the angles of rotation of the plane of polarization of light of aromatic and paraffin-naphthenic components, measured at the same values and 2L;
КТ - тарировочный коэффициент, зависящий от типа нефтепродукта.K T - calibration factor, depending on the type of oil product.
Для получения достоверных результатов измерений доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах предлагаемый поляриметр тарируется по известным эталонам. В качестве эталонов можно использовать химически чистый н-гептан - типичный представитель парафиновых углеводородов (постоянная Вердэ Vгеп=0,0125 мин/э см), химически чистый толуол (постоянная Вердэ Vтол=0,0269 мин/э см) - типичный представитель ароматических углеводородов, а также 50%-й раствор толуола в н-гептане (постоянная Вердэ Vгт=0,0197 мин/э см).To obtain reliable measurement results of the proportion of aromatic hydrocarbons in light oil products, the proposed polarimeter is calibrated according to known standards. The standards can be used as chemically pure n-heptane - representative paraffinic hydrocarbon (Verde constant V hep = 0.0125 m / e cm), reagent grade toluene (tol constant Verde V = 0.0269 m / e cm) - a typical representative aromatic hydrocarbons and toluene 50% solution in n-heptane (Verde constant V rm = 0.0197 m / e cm).
Суть тарировки в том, что после сборки поляриметра в его кювету 4, т.е. в стакан 21 (фиг. 2) заливают последовательно химически чистые н-гептан, и толуол. При этом каждый раз значения измеренных углов αтол, αгеп в качестве постоянных величин заносятся в процессор электронного блока 14. С целью проверки правильности занесения информации о αтол и αгеп в кювету 4 (в стакан 21) заливают 50%-й раствор толуола в н-гептане. При этом показания индикатора 15 должны бытьThe essence of calibration is that after assembling the polarimeter in his
В дальнейшем в процессе эксплуатации поляриметра значения αтол и αгеп сохраняются.Subsequently, during operation of the polarimeter, the values of α tol and α hep are retained.
Тарировочный коэффициент К, устанавливают экспериментально по эталонным образцам конкретной группы прозрачных нефтепродуктов. Следовательно, перед началом измерений доли ароматических углеводородов оператор с помощью меню выбирает режим работы «БЕНЗИН», «КЕРОСИН», «ДИЗТОПЛИВО» и т.д.Calibration coefficient K, is established experimentally by reference samples of a specific group of transparent petroleum products. Therefore, before starting to measure the proportion of aromatic hydrocarbons, the operator selects the operating mode “PETROL”, “KEROSIN”, “DIESEL”, etc. using the menu
Основными преимуществами предлагаемого устройства являются следующие:The main advantages of the proposed device are the following:
Во-первых, предлагаемый поляриметр погружной, то есть его кювета 4 (фиг. 2, фиг. 3) находится в исследуемом светлом нефтепродукте 7, имеет отверстия 16, 17 для циркуляции продукта. Этим достигается определенная универсальность его использования. Например, поляриметр может использоваться в лабораториях, когда в качестве резервуара 21 используется обычный стакан, в магистральных трубопроводах, когда требуется непрерывный контроль технологического процесса компаундирования топлив или в резервуарах, например, в баках транспортных средств, в автоцистернах, перевозимое моторное топливо, в цистернах нефтехранилищ, и т.д.Firstly, the proposed polarimeter is submersible, that is, its cuvette 4 (Fig. 2, Fig. 3) is in the studied
Во-вторых, малые габариты и простота конструкции предлагаемого поляриметра позволяют использовать его в качестве датчика, контролирующего долю ароматических углеводородов в прозрачных нефтепродуктах.Secondly, the small size and simplicity of the design of the proposed polarimeter make it possible to use it as a sensor that controls the proportion of aromatic hydrocarbons in transparent petroleum products.
В-третьих, использование постоянного магнита в виде набора цилиндрических труб 18 из материала с большой коэрцитивной силой позволяет выполнять погружную часть поляриметра небольшого объема, что приводит к вытеснению малого объема исследуемого нефтепродукта 7 из резервуара (стакана) 21.Thirdly, the use of a permanent magnet in the form of a set of
В-четвертых, наличие малогабаритного мощного постоянного магнита 18 позволяет снизить энергопотребление до рекордного уровня (менее 5 Вт), а в качестве источника питания использовать миниатюрные аккумуляторы или батарейки.Fourth, the presence of a small-sized powerful
Предлагаемый поляриметр для контроля доли ароматических углеводородов в светлых нефтепродуктах может найти широкое применение в лабораториях нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз контролирующих организаций, ВУЗов и НИИ.The proposed polarimeter for controlling the proportion of aromatic hydrocarbons in light oil products can be widely used in laboratories of oil refineries, oil depots of controlling organizations, universities and research institutes.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Волкова Е.А. Поляризационные измерения. Издательство СТАНДАРТОВ, М. 1974, с 57.1. Volkova EA Polarization measurements. Publishing House of Standards, M. 1974, p. 57.
2. Патент РФ №2163717.2. RF patent No. 2163717.
3. Патент РФ №2029258.3. RF patent No. 2029258.
4. Патент США №5.168.326.4. US Patent No. 5.168.326.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104771A RU2680861C1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104771A RU2680861C1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2680861C1 true RU2680861C1 (en) | 2019-02-28 |
Family
ID=65632571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018104771A RU2680861C1 (en) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680861C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730040C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-08-14 | Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Submerged polarimeter for controlling the portion of aromatic hydrocarbons in light oil products |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6183924A (en) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Shimadzu Corp | Optical rotary power property measuring apparatus |
US5168326A (en) * | 1990-07-27 | 1992-12-01 | Showa Denko K.K. | Method of detecting angle of optical rotation in solution having time-dependent concentration, detection apparatus therefor, and detector cell therefor |
RU2308021C1 (en) * | 2006-04-27 | 2007-10-10 | Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН (ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН) | Device for measurement of optical activity and double refraction induced by magnetic or electric fields in light petroleum products |
RU2325630C1 (en) * | 2006-10-05 | 2008-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Method and device for measuring concentration of optically active substances in cloudy solutions |
-
2018
- 2018-02-07 RU RU2018104771A patent/RU2680861C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6183924A (en) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Shimadzu Corp | Optical rotary power property measuring apparatus |
US5168326A (en) * | 1990-07-27 | 1992-12-01 | Showa Denko K.K. | Method of detecting angle of optical rotation in solution having time-dependent concentration, detection apparatus therefor, and detector cell therefor |
RU2308021C1 (en) * | 2006-04-27 | 2007-10-10 | Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН (ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН) | Device for measurement of optical activity and double refraction induced by magnetic or electric fields in light petroleum products |
RU2325630C1 (en) * | 2006-10-05 | 2008-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Method and device for measuring concentration of optically active substances in cloudy solutions |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730040C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-08-14 | Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Submerged polarimeter for controlling the portion of aromatic hydrocarbons in light oil products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7961318B2 (en) | Circular birefringence refractometer: method and apparatus for measuring optical activity | |
US20110267603A1 (en) | Fluid Monitoring Apparatus and Methods | |
CN103499393B (en) | The measuring method of spectrum | |
CN104596941A (en) | Composite maximum-dip-angle fiber bragg grating biochemical sensor and production method thereof | |
Jameson et al. | Fluorescence polarization/anisotropy approaches to study protein-ligand interactions: effects of errors and uncertainties | |
US7239395B2 (en) | Optical interrogation systems with reduced parasitic reflections and a method for filtering parasitic reflections | |
CN102788768A (en) | Method for measuring liquid refractive index based on novel reflection-type fiber loop mirror | |
CN103884401A (en) | Detecting device and method for optical fiber oil-water interface | |
RU2680861C1 (en) | Submersible polarimeter to control aromatic hydrocarbons ratio in light oil products | |
CN105403535A (en) | Fiber cladding surface Bragg grating biochemical sensor and making method thereof | |
EP0602070B1 (en) | Fiber optic probe and method for detecting optically active materials | |
CN200982952Y (en) | Dual-channel optical fiber refractive index sensor | |
CN102175645A (en) | Polarized light detection-based highly-sensitive photonic crystal fiber refractive index sensor | |
RU2648014C1 (en) | Polarimeter for measuring verdet constant of transparent substances | |
US20150185135A1 (en) | Method Using Laser Ellipsometry for Determining the Quality of Liquid Product Containing Polyphenols | |
RU2730040C1 (en) | Submerged polarimeter for controlling the portion of aromatic hydrocarbons in light oil products | |
Al-Hafidh et al. | Multireflection polarimetry in microfluidics | |
de Oliveira et al. | Measuring optical activity with the internal reflection in a glass prism | |
RU2660388C2 (en) | Method for rapid assessment of the fraction of aromatic hydrocarbons in light oil products and device for implementation thereof | |
Motellier et al. | Fiber-optic pH sensor for in situ applications | |
Grasdijk et al. | Electro-optic sensor for static fields | |
Patil et al. | Design and development of fiber optic sensor for measurement of purity of ethanol | |
RU2499250C1 (en) | Method to analyse multi-component gas media | |
Yupapin et al. | Dynamic measurement of thin liquid film parameters using high-speed ellipsometry | |
CN202024962U (en) | High-sensitive photonic crystal fiber refractive index sensor based on polarized light detection |