Инфракрасный влагомер изоляционного масла

Полезная модель относится к приборам контроля качества изоляционных масел и может быть использована для определения влагосодержания изоляционного масла в энергетической и нефтеперерабатывающей промышленности. В полезной модели реализуется способ определения влагосодержания изоляционных масел, основанный на оптическом явлении: отражении инфракрасного излучения от пробы изоляционного масла, что позволяет измерить оптическую плотность пробы изоляционного масла на аналитической длине волны (где вода поглощает излучение) и опорной (где вода излучение не поглощает), и вычислить влагосодержание.

Библиография:

1. Липштейн Р.А. Шахнович М.И. Трансформаторное масло. - М.: Энергия, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР №258723, кл. G01N 21/25, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР №541112, кл. G01N 21/59, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР №159692, кл. G01N 27/22, 1971.

5. Авторское свидетельство СССР №802858, кл. G01N 21/85, 1981.

6. Авторское свидетельство России №98108381, кл. G01N 21/81, 2000. (прототип).

Имеется несколько методов определения влагосодержания изоляционного масла, наибольшее распространение получили метод Карла Фишера и гидрокальциевый [1].

Приборы, работающие по методу Карла Фишера (в качестве примера АКВА-9001 разработки Самарского государственного аэрокосмического университета им. С.П.Королева), отличаются сложной конструкцией, временем проведения анализа не менее 5 минут, точностью не более 0,0002% по массе, они не применимы для окислившихся изоляционных масел и изоляционных масел с примесями в виде частиц углерода. Приборы, работающие по гидрокальциевому методу, отличаются сложной конструкцией, точностью не выше 0,0004 по массе, временем измерения не менее 10 мин, ограниченностью применения (неприменим в случаях, когда водород не выделятся, а поглощается маслом).

Известны способы определения содержания воды в нефтепродуктах, основанные на оптических явлениях: поглощении [2] или отражении [3] света. При осуществлении известных оптических способов измеряется оптическая плотность нефтепродуктов на двух длинах волн: аналитической (где вода поглощает свет) и опорной (где вода свет не поглощает) и по разности сигналов, пропорциональной оптической плотности, на аналитической и эталонной длинах волн без учета [2] или с учетом ряда других параметров [3], определяют содержание воды в нефтепродуктах.

Способы, основанные на оптических явлениях, как правило более экспрессны, более чувствительны и более точны, чем методы Карла Фишера и гидрокальциевый.

Полезная модель реализует способ измерения влагосодержания изоляционного масла, основанный на определение оптической плотности пробы изоляционного масла по отраженному от пробы излучению. Оптическая плотность определяется на двух длинах волн: аналитической

1930 нм (где вода поглощает излучение), и опорной 1650 нм (где вода не поглощает излучение).

Несмотря на наличие известных приборов [4, 5], определяющих содержание воды в нефтепродуктах оптическими методами и состоящих из осветителя, модулятора, светофильтров, кюветы, фотопреобразователя, логарифмометра с регистратором и некоторых других элементов, наиболее близким техническим решением является инфракрасный влагомер [6], состоящий из двух оптически спряженных источников ифракрасного излучения с длинами волн, соответствующими полосам поглощения и пропускания воды, оптической системы, собирающей отраженное контролируемым материалом излучение, фотоприемника инфракрасного излучения, аналоговой схемы управления источниками инфракрасного излучения и обработки сигнала с фотоприемника, предназначенный для определения воды в различных материалах. Этот влагометр не предназначен для определения влагосодержания нефтепродуктов.

Блок-схема инфракрасного влагомера изоляционного масла представлена на рисунке.

Прибор содержит (рис.1): 1 - клавиатуру; 2 - жидкокристаллический индикатор; 3 - блок питания; 4 - микроконтроллер; 5 - аналого-цифровой преобразователь; 6, 7 - усилители сигналов управления светодиодами; 8 -усилитель сигнала фотодиода; 9 - фотодиод PD24-05 фирмы Independent business scientific group; 10, 11 - светодиоды LED16-PR-1 и LED19-PR-1, той же фирмы; 12 - кювету с пробой изоляционного масла.

Управление влагомером производится при помощи клавиатуры, а информация о текущем режиме работы и результаты измерения отображаются на жидкокристаллическом индикаторе. Блок питания формирует необходимые напряжения питания для всех элементов влагомера. Светодиоды и фотодиод установлены таким образом, чтобы создаваемое светодиодами излучение, отражаясь от кюветы с пробой изоляционного масла, попадало на фотодиод. Светодиоды и фотодиод имеют узкую

диаграмму направленности (не более 10°) и узкие полосы излучения (полуширина 110 и 130 нм), что позволяет обойтись без дополнительных оптических элементов.

Измерение проводится в соответствии с временной диаграммой (рис.2). В начале каждого измерения микроконтроллер подает через усилитель импульс на светодиод LED16-PR-1 длительностью 250 мкс. В результате чего светодиод излучает на опорной длине волны 1650 нм, полуширина спектра 110 нм.. Это излучение падает на кювету с пробой изоляционного масла, при этом часть излучения поглощается, а часть отражается и попадает на фотодиод PD24-05, фототок с которого преобразуется в напряжение усилителем. Микроконтроллер подает управляющие сигналы на аналого-цифровой преобразователь и считывает результат оцифровки. Оцифровка производится 100 раз в течении длительности импульса на светодиод, результат усредняется, что позволяет уменьшить погрешность оцифровки. После окончания импульса, поданного на светодиод LED16-PR-1, подается импульс на светодиод LED19-PR-длительностью 250 мкс. Светодиод излучает на аналитической длине волны 1930 нм, полуширина спектра 130 нм. Процесс измерения сигнала, отраженного от кюветы с пробой изоляционного масла аналогичен описанному выше. На этом заканчивается один цикл измерения оптических плотностей пробы изоляционного масла на опорной и аналитической длинах волн. Для снижения погрешности измерений проводится 100 таких циклов и результат усредняется. Величина влагосодержания пробы изоляционного масла вычисляется микроконтроллером и результат выводится на жидкокристаллический индикатор.

Полезная модель является технически более простой, надежной и удобной в эксплуатации, чем известные влагомеры нефтепродуктов [2] и [3]. Применение специализированных светодиодов и фотодиода, а так же цифровых методов обработки сигналов позволяет получить более точные результаты измерений.

Инфракрасный анализатор изоляционного масла, содержащий два источника инфракрасного излучения, излучающих на аналитической и опорной длинах волн, соответствующих полосам поглощения и пропускания воды, кювету для анализируемой пробы изоляционного масла, фотоприемник инфракрасного излучения, отраженного от кюветы с анализируемой пробой изоляционного масла, усилитель фототока фотоприемника, выходной сигнал которого поступает на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера, в программе которого реализованы алгоритмы вычисления влагосодержания анализируемой пробы изоляционного масла на основе измеренных инфракрасным фотоприемником и оцифрованных аналого-цифровым преобразователем излучений, алгоритмы взаимодействия с клавиатурой, вывода информации на жидкокристаллический индикатор и управления работой источников инфракрасного излучения через ключи управления, блока питания, отличающийся тем, что в качестве аналитической длины волны используется 1930 нм а в качестве опорной 1650 нм, и в качестве источников инфракрасного излучения применены светодиоды LED19-PR-1 и LED16-PR-1 фирмы Independent business and scientific group с узкой диаграммой направленности, а в качестве фотоприемника инфракрасного излучения применен фотодиод PD24-05 с узкой диаграммой направленности той же фирмы, который чувствителен к излучению в диапазоне длин волн 1150÷2320 нм, сигнал с которого обрабатывается цифровыми методами, что позволяет определять влагосодержание изоляционных масел более точно, при этом исключить модулятор со светофильтрами и оптическую систему, и тем самым упростить конструкцию инфракрасного анализатора, повысить надежность и удобство эксплуатации.