專利名稱：石油產(chǎn)品晶體的消失點的測量方法及測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量石油產(chǎn)品晶體的消失點，特別是在-5℃到-120℃之間的航空用煤油晶體的消失點的方法。
晶體的消失點(vanishing point)指的是在逐漸升溫的過程中，晶體樣品中的結晶物全部消失的溫度。
關于測定晶體的消失點的條件存在很多標準，航空領域專家對此尤其關注，因為根據(jù)晶體的消失點可以確定飛機在不存在堵塞燃油傳輸管道和過濾器的危險的情況下能保持在指定高度的時間。
而且，晶體的消失點的數(shù)值可以顯示煤油是純凈的還是被瓦斯油污染了。
目前，市場上有多種可用于測量石油產(chǎn)品晶體的消失點的儀器。
其中，可以提到的有ISL公司銷售的儀器FZP 5Gs和FZP 5G，這些儀器都是按照ASTM D 2386、IP 468和ISO 3013標準操作的全自動裝置。
這些儀器的基本原理是，將二極管發(fā)射出光束通過盛有樣品的測量池，所述測量池位于裝配有溫度傳感器的低溫恒溫箱內，所述溫度傳感器與冷卻元件和溫度控制元件相連，檢測光學接收器接受到的透過裝有待分析樣品的測量池的光強度，所述光學接收器與紅外發(fā)射器在一條直線上。
為了進行測試，低溫恒溫箱的溫度要逐漸降低直到光學檢測器完全接收不到光線，這即意味著樣品已完全結晶，然后逐漸升高溫度，同時記錄光學接受器接收到的光強度隨溫度變化的曲線。
當樣品中的晶體全部消失時，曲線出現(xiàn)突變，這一點即為晶體的消失點，隨后出現(xiàn)一段水平線。
這種儀器的優(yōu)點是緊湊、全自動，無需依靠操作人員的技術就能得到重復性較好的結果。
其缺點是有時靈敏度不夠，尤其在檢測混有少量瓦斯油的煤油的晶體的消失點時。
當存在瓦斯油時，煤油的晶體的消失點會顯著升高。在樣品中含有百分之幾的瓦斯油的情況下，光學接收器接收到的光強度隨溫度變化的曲線上會出現(xiàn)十分顯著的突變，從而可確定晶體的消失點，并且通過與純煤油晶體的消失點的比較，可以確定樣品所含瓦斯油的比例。
另一方面，在瓦斯油含量較少的情況下，曲線變得平滑，不再出現(xiàn)顯著的突變，因而無法測量到晶體的消失點。
專利US-5088833中描述了另一種適用于測量晶體的消失點的儀器。
該儀器執(zhí)行ASTM D 5972標準，其簡要原理是，首先在坩鍋中加入微量的待分析樣品，坩堝底部采用由珀爾帖元件(Peltierelements)冷卻的鏡面，逐漸冷卻樣品直到樣品結晶，然后逐步加熱。
測試過程中，將一束可見光束按照指定的角度直接照射到待測樣品上，使光束經(jīng)過鏡面反射后無法到達位于鏡面對面的光學檢測器上。
當樣品中存在晶體時，晶體使光線無序散射，部分散射光會被光學檢測器接收。
因此通過分析光學檢測器接收到的信號可以檢測晶體的出現(xiàn)和消失而被，當樣品中沒有晶體時，信號為零，隨著樣品中晶體的出現(xiàn)，信號值增加。
該儀器的優(yōu)點是能夠相當靈敏地檢測出煤油中存在的極少量的瓦斯油。但該儀器使用不方便，測量結果很大程度上取決于操作者的水平。
為了彌補上述缺點，本發(fā)明提供了一種測量石油產(chǎn)品晶體，尤其是航空用煤油晶體的消失點的方法。
本發(fā)明所述方法的特征在于包括如下步驟-將激光發(fā)射器和對應的縱向光學接收器分別安裝在基本水平的管狀測量池的兩端，所述測量池置于低溫恒溫箱內，所述低溫恒溫箱內裝配有連接冷卻和控溫元件的溫度傳感器，激光發(fā)射器發(fā)射的光束與測量池的水平軸以及縱向光學接收器在一條直線上，-將溫度傳感器、冷卻和控溫元件以及縱向光學接收器與可編程的計算和顯示裝置相連，-將光闌(diaphragm)直接安裝在激光發(fā)射器的下游以確保發(fā)射的光束足夠細，以避免在測量池壁上發(fā)生任何反射，-在縱向光學接收器的上游安裝偏振器，對其進行調節(jié)以使激光發(fā)射器直接發(fā)出的光束不被透過，-將待分析樣品引入到測量池中，-打開激光發(fā)射器和對應的縱向光學接收器的開關，讓光束通過待分析樣品，記錄縱向光學接收器接收到的光強度，-將低溫恒溫箱的溫度逐漸降至待測樣品的最終結晶溫度，即不透明點(the point of opacity)，然后逐漸升高低溫恒溫箱的溫度，同時記錄縱向光學接收器接收到的光強度隨溫度變化的曲線，即檢測曲線，然后-根據(jù)檢測曲線確定晶體的消失點。
如果使用偏振光束這種方法就會發(fā)生根本的不同，因為這樣以來當樣品中不存在晶體時，縱向光學接收器就接收不到任何光線，而一旦樣品中出現(xiàn)晶體時，就會有一些光線傳輸?shù)浇邮掌?，本領域技術人員將明白這是因為晶體改變了光的偏振方向。
當然，所述方法只適用于在測量池的池壁上不發(fā)生反射的情況，因此，測量池的表面條件并不重要，但必須使用光闌充分降低通過測量池的光束的截面。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述光闌的直徑在1～1.5mm之間，若光闌直徑超出1mm，就可能發(fā)生衍射。
此外，為使接收器具有最佳靈敏度，激光束的波長優(yōu)選為650nm。
本發(fā)明的一個優(yōu)選特征是在測量池上游部分靠近測量池的地方安裝橫向光學接收器，它與激光發(fā)射器發(fā)射的光束相連，并與可編程的計算和顯示裝置相連。
假如分析樣品完全透明，在不存在晶體的情況下，橫向光學接收器接收不到任何光線，但一旦樣品中出現(xiàn)晶體，它就能接收到散射光。
因此，在測量過程中采用與上述類似的方法記錄橫向光學接收器接收到的光強度隨溫度變化的曲線，即不透明度曲線。根據(jù)該曲線可以確定樣品的最終結晶溫度，即不透明點，也就是曲線上溫度變化方向發(fā)生逆轉的那一點的溫度。
因此，橫向光學接收器的功能就是對所述方法進行控制。
具體而言，在測試之初，兩個檢測器都接收不到任何光線。
隨著溫度的逐漸降低，出現(xiàn)了最初的晶體，這些晶體的出現(xiàn)改變了激光發(fā)射器發(fā)射的光束的偏振，從而某些光束能通過偏振器到達縱向光學接收器。
當待分析樣品中的晶體逐漸增多時，樣品變得渾濁，導致光線的散射，部分散射光可到達橫向光學接收器。
當渾不透明度變的非常高時，激光發(fā)射器發(fā)射的光束將無法到達偏振器，因而縱向光學接收器接收到的光強度會銳減。
當縱向光學接收器接收到的光強度銳減，而橫向光學接收器接收到的光強度不斷增加時，就到達了樣品的不透明點。
在到達不透明點后，逐漸升高低溫恒溫箱的溫度以便在檢測曲線上確定樣品晶體的消失點的溫度值。
隨著溫度的升高，從樣品變得較為透明從而激光發(fā)射器發(fā)射的激光束能夠到達偏振器那一刻起，縱向光學接收器接收到的光強度開始增加，而當晶體全部消失時，縱向光學接收器接收的光強度又會銳減。
縱向光學接收器接收不到任何光線時的那一點對應的就是我們要測的晶體的消失點。
本發(fā)明還涉及實施上述方法的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，所述裝置的特征在于它包括以下部分-裝配有溫度傳感器的低溫恒溫箱，所述溫度傳感器與冷卻和控溫元件相連，-安裝在低溫恒溫箱中的基本上呈U形的測量管，所述測量管中部的基本水平的分支構成測量池，而所述測量管的側向支管可將樣品引入或導出測量池，-激光發(fā)射器和相應的縱向光學接收器沿所述測量池的縱向軸安裝在測量池的兩端，-直接安裝在激光發(fā)射器下游的光闌，-安裝在縱向光學接收器上游的偏振器，-與所述溫度傳感器、所述冷卻和控溫元件以及所述縱向光學接收器相連的可編程的計算和顯示裝置。
考慮到上述構造，在進行測試時需要手動操作的步驟僅包括使用注射器將樣品引入到測量池，并打開激光發(fā)射器、相對應的縱向光學接收器和冷卻和控溫元件的開關。
測試在計算和顯示裝置的控制下自動完成，預先已按照相應的標準為所述計算及顯示裝置設定了程序，所述計算和顯示裝置根據(jù)由溫度傳感器傳來的信息控制冷卻和控溫元件，同時根據(jù)縱向光學接收器傳輸給它的信息來繪制檢測曲線。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選構造，所述裝置包括一個橫向光學接收器，該橫向光學接收器安裝在測量池上游部分靠近測量池的位置，并與所述計算和顯示裝置相連。
根據(jù)這一構造，所述可編程的計算和顯示裝置能根據(jù)由橫向光線接收器傳來的信息繪制不透明度曲線，通過該曲線可自動控制冷卻和控溫元件，從而控制低溫恒溫箱內的溫度變化。
根據(jù)本發(fā)明，通過光導器件將光強度傳給光學接收器，優(yōu)選將所述光導器件與能匯聚光束的透鏡配合使用。
通過將直徑為5～8mm的玻璃球置于光軸上即可方便地形成所述透鏡。
優(yōu)選所述光導器件由位于這些透鏡的焦平面上的纖維構成。
本發(fā)明的另一個特征在于所述測量管由金屬(最好是鋁)制成，所述測量管中具有允許檢測光束通過的端口(port)。
這些端口通常是玻璃制成的，其具有完全平行的面(face)，這一點很重要。
根據(jù)本發(fā)明，所述冷卻和控溫元件由冷卻裝置特別是由斯特林循環(huán)(Stirling cycle)冷卻裝置構成，所述冷卻裝置的指形冷凍器(coldfinger)的自由端裝有干接觸熱傳導元件(dry contact heat transmissionmembers)，該干接觸熱傳導元件與低溫恒溫箱(1)協(xié)作，以將低溫恒溫箱冷卻至所需的溫度。
配有斯特林循環(huán)冷卻裝置的石油產(chǎn)品分析儀在文獻FR-2 801 381中有舉例說明。
使用這樣的冷卻裝置是本發(fā)明的一個重要的優(yōu)點，得益于該裝置的使用，本發(fā)明裝置可以由小型便攜式儀器構成。
下面參考相應的附圖，對本發(fā)明的方法和儀器的特征進行詳細說明其中

圖1是裝置示意圖，圖2、3和4分別是使用可編程的計算和顯示裝置繪制的純煤油樣品、含微量雜質的煤油樣品及含較多雜質的煤油樣品的曲線圖。
由圖1可知，所述裝置相應于小型儀器，該裝置包括裝配有溫度傳感器2的低溫恒溫箱1以及用于低溫恒溫箱1的斯特林循環(huán)冷卻和控溫裝置(圖中未標出)。
根據(jù)圖1，在低溫恒溫箱1的內部裝有U形金屬測量管3，所述測量管中部的水平支管構成了接收待分析樣品的測量室。
測量管3的側向支管5和5′分別用于引進和導出樣品。
所述裝置還包含一個激光二極管6和相應的縱向光學接收器7，于是由激光二極管發(fā)射的激光束8沿測量池4的水平軸透過測量池中的待分析樣品，然后到達接收器7。
偏振器9安裝在二極管6發(fā)射的激光束傳輸方向上縱向接收器7的上游。
當測量池4中的樣品清澈透明且不含任何晶體時，調節(jié)偏振器9以使縱向接收器7接收不到任何光線。
具有完全平行的面的玻璃端口10和10′可使激光束8透過測量池4到達縱向接收器7，并確保測量池不漏光。
輔助偏振器11與偏振器9交叉，并直接安裝在激光二極管6的下游，所述輔助偏振器對二極管發(fā)射的光束起到振幅衰減器的作用。
輔助偏振器11與直接安裝在其下游的光闌12共同確保穿透測量池4的激光束足夠細，從而不會在測量池壁發(fā)生反射。
由圖1可知，所述儀器還包括一個安裝在測量池上游靠近測量池處的橫向光學接收器。
與端口10和10′類似，玻璃端口10″能使光線在測量池4的上游部分發(fā)生散射以到達橫向接收器13。
通過偏振器9的偏振光和透過玻璃孔10″的散射光在到達接收器7和13之前，分別通過透鏡14和14′匯聚在光導器件15和15′上。
冷卻裝置、溫度傳感器2、縱向接收器7和橫向接收器13均與所述可編程的計算與顯示裝置(圖中未顯示)相連，該裝置按照應當遵循的標準來控制測量過程。
為此，所述可編程的計算與顯示裝置根據(jù)由溫度傳感器2和接收器7和13傳來的信息來控制低溫恒溫箱的冷卻裝置，同時繪制顯示縱向接收器7接收到的光強度變化的檢測曲線和顯示橫向接收器13接收到的光強度變化的不透明度曲線。
圖3、4和5分別給出了對應于三種不同煤油樣品的曲線實例。
具體而言，在這三條曲線上，X軸代表時間，以分鐘為時間單位；左側Y軸代表接收器接收到的光強度，以0～100的相對標度表示；右側Y軸表示樣品溫度，以℃為單位。
點劃線表示樣品溫度隨時間變化的曲線(右側坐標軸)。
虛線對應的是不透明度曲線，其表示橫向接收器接收到的光強度隨時間的變化(左側坐標軸)。
實線對應檢測曲線，其表示縱向接收器接收到的光強度隨時間的變化(左側坐標軸)。
通過分析這三條曲線可以確定不透明點，也就是低溫恒溫箱溫度變化方向發(fā)生逆轉那一點的溫度。
通過分析所述實線可以確定晶體的消失點。
由圖2可知，檢測得出在純的、沒有被污染的煤油中出現(xiàn)晶體的時間為7分30秒，對應的溫度為-59℃。測得的不透明點溫度在-60℃附近。檢測到晶體的消失點的時間為11分鐘，對應的溫度為-54℃。
由圖3可知，檢測得出在含微量雜質的煤油中出現(xiàn)晶體的時間為6分30秒，對應的溫度為-45℃，檢測到不透明點的時間為7分45秒，對應的溫度為-60℃。檢測到樣品中渾濁消失的時間在11分30秒，對應的溫度為-55℃，檢測到晶體的消失點的時間為13分30秒，對應的溫度為-38.7℃。
在約12分鐘時在檢測曲線上顯示的“回升點”似乎與所用材料無關，但可能與樣品內出現(xiàn)的物理現(xiàn)象有關。
由圖4可知，檢測得出含較多雜質的煤油樣品的晶體的消失點的時間為14分30秒，對應的溫度為-27.5℃。
權利要求
1.測量石油產(chǎn)品晶體的消失點，特別是測量在-5℃到-120℃之間的航空用煤油晶體的消失點的方法，其特征在于包括如下步驟-將激光發(fā)射器(6)和對應的縱向光學接收器(7)分別安裝在基本水平的管狀測量池(4)的兩端，所述測量池置于低溫恒溫箱(1)內，所述低溫恒溫箱內裝配有連接冷卻和控溫元件的溫度傳感器(2)，以使激光發(fā)射器(6)發(fā)射的光束(8)與測量池(4)的水平軸以及縱向光學接收器(7)在一條直線上，-將溫度傳感器(2)、冷卻和控溫元件以及縱向光學接收器(7)與可編程的計算和顯示裝置相連，-將光闌(12)直接安裝在激光發(fā)射器(6)的下游以確保發(fā)射的光束(8)足夠細，以避免在測量池(4)壁上發(fā)生任何反射，-在縱向光學接收器(7)的上游安裝有偏振器(9)，通過對其進行調節(jié)以使由激光發(fā)射器(6)直接發(fā)出的光束不被透過，-在測量池(4)的上游部分靠近測量池的位置安裝一個橫向光學接收器(13)，其與激光發(fā)射器(6)發(fā)射的光束(8)以及所述可編程的計算和顯示裝置相連，-將待分析樣品引入到測量池(4)中，-打開激光發(fā)射器(6)、縱向光學接收器(7)和橫向光學接收器(13)的開關，使光束通過待分析樣品，-逐漸降低低溫恒溫箱(1)的溫度，同時記錄縱向光學接收器(7)接收到的光強度隨溫度變化的曲線，或檢測曲線，和橫向光學接收器(13)接收到的光強度隨溫度變化的曲線，或不透明度曲線；根據(jù)不透明度曲線，可以確定待分析樣品的最終結晶溫度，或不透明點，從這一溫度開始逐漸升高低溫恒溫箱(1)的溫度，并繼續(xù)記錄檢測曲線和不透明度曲線，-根據(jù)檢測曲線確定所述晶體的消失點。
2.用于實施根據(jù)權利要求1的方法的裝置，其特征在于包括-裝配有溫度傳感器(2)的低溫恒溫箱(1)，所述溫度傳感器與冷卻和控溫元件相連，-安裝在低溫恒溫箱(1)中的基本上呈U形的測量管(3)，所述測量管中部的基本水平的分支構成測量池(4)，而所述測量管的側向支管(5，5′)可將樣品引入或導出測量池，-激光發(fā)射器(6)和相應的縱向光學接收器(7)，它們沿測量池(4)的縱向軸安裝在測量池的兩端，-直接安裝在激光發(fā)射器(6)下游的光闌(12)，-安裝在縱向光學接收器(7)上游的偏振器(9)，-與溫度傳感器(2)、冷卻和控溫元件以及縱向光學接收器(7)相連的可編程的計算和顯示裝置，-安裝在測量池(4)的上游部分靠近測量池的位置處的橫向光學接收器(13)，其與所述可編程的計算和顯示裝置相連。
3.根據(jù)權利要求2的裝置，其特征在于光強度通過光導器件(15，15′)傳輸?shù)剿龉鈱W接收器(7，13)。
4.根據(jù)權利要求3的裝置，其特征在于所述光導器件(15，15′)與能使光束(8)匯聚的透鏡(14，14′)配合使用。
5.根據(jù)權利要求2-4任一所述的裝置，其特征在于所述測量管(3)由金屬制成，最好由鋁制成，其裝配有允許待檢測光束(8)通過的端口(10，10′，10″)。
6.根據(jù)權利要求2-5任一所述的裝置，其特征在于所述冷卻和控溫元件由冷卻裝置特別是由斯特林循環(huán)冷卻裝置構成，所述冷卻裝置的指形冷凍器的自由端裝有干接觸熱傳導元件，該干接觸熱傳導元件與低溫恒溫箱(1)協(xié)作，以將低溫恒溫箱冷卻至所需的溫度。
7.根據(jù)權利要求6的裝置，其特征在于所述裝置由小型便攜式儀器構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油產(chǎn)品晶體的消失點的測量方法，其包括如下步驟將待分析樣品引入低溫恒溫箱(1)內的測量池(4)中；連接激光發(fā)射器(6)和相應的光學接收器(7)，使光束通過待分析樣品，并記錄光學接收器(7)接收到的光強度；逐漸降低低溫恒溫箱(1)的溫度，然后逐漸升溫，同時記錄光學接收器(7)接收到的光強度隨溫度變化的曲線；根據(jù)所述曲線確定晶體的消失點。
文檔編號G01N33/26GK1711473SQ200380102695
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權日2002年10月30日
發(fā)明者埃爾韋·克萊里, 奧利維耶·拉拉 申請人:I.S.L.公司