CC BY
45
УДК 681.586.5:621.384.3
Н.Р. Рахимов, А.А. Лохов СГГ А, Новосибирск
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СРЕД
N.R Rakhimov, A.A. Lokhov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
MULTIFUNCTIONAL OPTOELEKTRONIC SYSTEMS FOR EXPRESS-ANALYSIS OF OILY CONTAIN MEDIUM
In this work the solution of physical, technical and technological tasks to create a new multifunctional test-system on a base of semi conductive optrone of an open channel.
Современный уровень развития нефтяной промышленности требует применения высокочувствительных методов экспресс-анализа. Для этого на наш взгляд весьма перспективным представляется использование метода спектрометрии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) для решения проблемы автоматического анализа структурно-группового состава нефти и нефтесодержащих сред путем измерения их оптических характеристик (показателей преломления п и поглощения х) в области характеристических полос поглощения [1].
Известные к настоящему времени наиболее перспективные оптические однофункциональные методы [1-4] и средства анализа не обеспечивают высокую точность измерения из-за широкой области спектра поглощения от иных веществ, присутствующих в нефтесодержащих средах.
В однофункциональных оптоэлектронных контрольно-измерительных системах процесс преобразования измеряемой величины x1 в информативный параметр электрического сигнала теоретически должен описываться как
Y = F(jc,) (1)
А в практических случаях этот сигнал имеет вид
Y = f (х\ ■> У\ > У 2 • • • У к ) (2)
где y1, у2, yk— ряд изменяющихся физических величин, изменения которых существенно влияют на величину Y.
Введение коррекции по одному из у, например, yj требует использования второго преобразования, описываемого как [2]
Y j=fj(yi) (3)
Исходя из этого, для извлечения из многомерного сигнала, описываемого выражением (2), информации о величине х необходимо получить сигналы описываемые уравнением (3), что очень трудно осуществить на практике.
Многофункциональные оптоэлектронные методы позволяют определять физико-химические величины за счет использования набора многомерных
сигналов, т.е. зависящих от многих хь расширяют возможности оптоэлектронного метода измерения неэлектрических величин. Метод основан на том, что если на основе специального элемента НПВО (в наших случаях полуцилиндрического) можно получить п многомерных сигналов, информативные параметры которых зависят от п физических величин таким образом, что описывающие эти зависимости уравнения образуют систему п независимых уравнений:
Уг/1 (*1,*2, Хп)
У2=/2 (*1, *2,.*п) (4)
Уп /п (х1, x2,.■*п)
то в целом ряде случаев оказывается возможным с помощью значений
информативных параметров Y1, У2...... Yn определять значения отдельных
или всех п физико-химических величин хи поддающихся оптическому контролю.
Определяемые параметры Y1, У2........ Yn, называемые первичными
сигналами, измеряются последовательно один за другим, запоминаются и лишь затем применяется спектр измерений для определения параметров хг, или все они измеряются одновременно и совместно используются для формирования выходных сигналов, пропорциональных подлежащим измерению х.
Использование многофункциональных систем с применением НПВО определяющих одновременно несколько параметров, даёт возможность одновременно контролировать как физико-химические показатели (в том числе их изменение во времени, т.е. их динамическое состояние), так и физические процессы, сопровождаемые одновременным и неодновременным изменением во времени ряд физико-химических величин. Кроме того, применение многофункциональных оптоэлектронных систем не только повышает информативность измерений, но и позволяет уменьшить погрешности от влияния внешних факторов, как температура, влажность и уровень вибрации могут учитываться при автоматической коррекции погрешностей.
В данной работе на основе использования эффекта НПВО[5], взаимодействующих с контролируемой средой, рассматриваются вопросы разработки нового принципа построения оптоэлектронных систем для мониторинга нефтесодержащих сред. Предлагаемая идея состоит в одновременном применением п источников излучения и установленные по ходу излучения элемента НПВО, в виде цилиндра и п измерительных приемников оптического излучения (ПОИ), компенсационной (опорной) ПОИ, оптически связанный непосредственно с опорным источником излучения.
Приборы на основе элемента НПВО могут непосредственно интегрироваться в исследуемый процесс [1], практически не воздействуя на него, т.е. исключается возможное искажение.
Определение наличия эмульсионной воды косвенными методами сопровождается погрешностью до 5% даже при больших величинах, и кроме того, при микроскопическом анализе эмульсий нельзя избежать ошибок, вследствие испарения жидкости в тонком слое, а также деформации частиц.
Предлагаемая авторами оптоэлектронная система [3] для одновременного определения содержания эмульсионной воды, серы, парафина и т.п. в нефти и нефтепродуктах (рис. 1) включает цилиндр 1 с полостью в виде прямлугольного паза 2, проходящей через его центр, задающий генератор (источник импульсного питания) 17, триггер 18 со счетным входом, излучающие диоды 3-8 и компенсационный СИД 15, измерительные 9-14 и компенсационный 16 ПОИ, сумматор 19, блок обработки фотоэлектрического сигнала 20 и регистрирующий прибор или ЭВМ 21.
Рис.1. Блок-схема многофункциональной оптоэлектронной системы
Система работает следующим образом. При включении задающего генератора 17 вырабатываемые им прямоугольные импульсы с частотой 8-10 кГц подаются на вход триггера 18. Разделенные импульсы поступают на СИД 3-8 измерительных каналов и СИД 15 опорного канала. Поток излучения светоизлучающих диодов фокусируется на измерительных поверхностях и подается на фотоприемники 9-14. Далее сигналы с фотоприемников суммируются в сумматоре 19. Излучение компенсационного
светоизлучающего диода через световод попадает на компенсационный
фотоприемник 16. Затем сигнал с компенсационного фотоприемника поступает в блок обработки фотоэлектрического сигнала 20, где измеряется отношение компенсационного и измерительного сигналов. Сигнал отношения, пропорциональный содержанию одного параметра, например, эмульсионной воды, подается на регистрирующий прибор или ЭВМ 21, по показанию которого судят о содержании воды в контролируемой среде.
Недостатком известных датчиков является наличие погрешностей, обусловленных неравномерностью распределения влаги в объеме исследуемой жидкости. Предлагаемое устройство повышает точность за счет многократного объемного измерения, суммирования и осреднения фотоэлектрического сигнала. Кроме этого, с его помощью можно определить содержание нефтепродуктов в эмульсионной воде.
Применение ЭВМ в построении оптоэлектронных многофункциональных автоматических контрольно-измерительных систем (ОМАКИС) для решения конкретных задач анализа состава и свойств нефтесодержащих сред является этапом дальнейшего более совершенного развития структуры оптических приборов.
ЭВМ обеспечивают выполнение аналого-цифровых измерительных преобразований, вычислительных процедур, выдачу полученной информации, формирование командной и другой служебной информации, необходимой для функционирования ОМАКИС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рахимов Н.Р. Оптический контроль в нефтеперерабатывающем производстве // Фергана, «Техника», 2004. - 91 с.
2. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Оптические методы и устройства контроля влажности. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 96 с.
3. Рахимов Н.Р., Сайдахмедов Ш.М. и др. Оптический метод определения содержания воды в нефтепродуктах. Узбекский журнал нефти и газа, 2001 г., № 1. - С. 40-42.
4. Рахимов Н.Р. Оптоэлектронное устройство на основе элемента НПВО для определения содержания серы в нефти и нефтепродуктах. Узбекский журнал нефти и газа № 2, 2004. - С. 40-41.
5. Харрик Н. Дж. Спектроскопия внутреннего отражения. - М.: Недра. -
305 с.
6. Абдуллаев А.А и др. Контроль в процессах транспорта и хранения нефтепродуктов. - М., Недра, 1990. - С. 194-195.
© Н.Р. Рахимов, А.А. Лохов, 2008
