Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей

Изобретение относится к физическим экспресс-методам диагностики жидкостей. Идентификация и контроль качества жидкости проводятся по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика, наблюдаемого в отраженном от жидкой поверхности пучке считывающего лазера. Функции индуцирующего лазера выполняет источник тепловых импульсов на основе элемента Пельтье, который может воздействовать на жидкость как локальным повышением, так и понижением температуры. Техническим результатом является упрощение процесса контроля параметров, индуцирующих конвекцию воздействий, и расширение режимов воздействий на жидкость. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к физическим экспресс-методам диагностики жидкостей, в том числе бытовых и производственных многокомпонентных жидкостей (напитков, пищевых масел, горюче-смазочных материалов и т.п.), состав которых может варьироваться в достаточно широких пределах.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ [1], в котором тонкий слой исследуемой жидкости облучают поглощающимся жидкостью или подложкой лазерным импульсом. Тепловое действие лазерного пучка индуцирует термокапиллярные течения, а идентификация и контроль качества жидкости проводится по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного (ТК) отклика [1, 2], который наблюдается с помощью считывающего лазерного пучка. Основным недостатком прототипа является то, что эффективный нагрев жидкости излучением возможен лишь при высоких значениях коэффициента поглощения жидкости (подложки) на длине волны лазера, что далеко не всегда выполнимо. Кроме того, способ требует постоянного контроля мощности индуцирующего ТК конвекцию лазера, что приводит к серьезному усложнению и удорожанию его приборной реализации.

В предлагаемом устройстве функции индуцирующего лазера выполняет источник тепловых импульсов на основе элемента Пельтье.

Схема устройства показана на фиг.1.

В предлагаемом устройстве имеется кювета 1 с анализируемой жидкостью 2. Термокапиллярная деформация 3 жидкой поверхности вызывается пассивным металлическим теплопроводящим элементом 4, который герметично встроен в дно кюветы таким образом, чтобы его вершина находилась в жидкости, а основание - в тепловом контакте с элементом Пельтье 5. Пучок лазерного диода 6, отражаясь от жидкой поверхности, попадает на экран 7, на котором наблюдается ТК отклик, регистрируемый телекамерой 8. Управление электронными узлами устройства осуществляет ЭВМ 9.

Применение элемента Пельтье делает измерения независящими от оптических характеристик анализируемой жидкости и максимально упрощает процесс контроля параметров, индуцирующих конвекцию тепловых импульсов. Более того, в отличие от лазера, элемент Пельтье позволяет воздействовать на жидкость импульсами как повышенной, так и локально пониженной температуры. Учитывая, что при смене нагрева на охлаждение ТК течения меняют направление, это открывает качественно новые возможности для варьирования режимов воздействий на жидкость.

Пример графика зависимостей диаметра (D) ТК отклика от времени (t) показан на фиг.2. Зависимости получены со смесями этилового спирта и воды при воздействии серией импульсов (нагрев/охлаждение/нагрев/ охлаждение). Их индивидуальность (фиг.2), отражает сложные взаимосвязи конвективных процессов в жидкости с комплексом ее тепловых, механических и др. характеристик, что является основой предлагаемого способа идентификации и контроля качества жидкостей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2247968, G01N 21/00,2005, Бюл. №7.

2. Da Costa G., Calatroni J. Self-holograms of laser induced surface depression in heavy hydrocarbons. Appl. Opt. - 1978. №15. - С.2381.

Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика, содержащее кювету с пробой жидкости, считывающий лазер, экран, на который проецируется термокапиллярный отклик и телекамеру, отличающееся тем, что в дно кюветы герметично встроен металлический теплопроводящий элемент, верхняя часть которого находится в жидкости, а основание в тепловом контакте с элементом Пельтье, оказывающим тепловое воздействие на жидкость.