Дистанційна температурна радіометрична ідентифікація рідин

Анотація

Вступ. Більшість відомих методів не можливо використовувати для дистанційного аналізу рідин, через неможливість реалізувати безпосередню взаємодію вимірюємого розчину з вимірювальною апаратурою. За температури, що є вищою абсолютного нуля, атоми або молекули будь-якого фізичного об’єкта здійснюють власні спонтанні коливання, які трансформуються в електромагнітні коливання теплового випромінювання. Такі випромінювання залежать не тільки від абсолютної температури тіла, але і від властивостей самого тіла і його взаємодії, у тому числі і теплової, з зовнішнінім середовищем.
Теоретичні результати. Аналіз діелектричних ємностей циліндричної форми, всередині яких знаходиться рідина, що досліджується, виконується на основі квазіоптичних властивостей багатошарових діелектричних циліндричних лінз. Властивості таких лінз пов’язані з параметрами рідин та тари, таким чином з’являється можливість розрізняти параметри рідин по зміні параметрів ЕМХ, що пройшла.
Експериментальні результати. Використані радіометричні вимірювання в 8-ми міліметровому діапазоні довжин хвиль для дистанційної ідентифікації рідин, що знаходяться в герметично закритій діелектричній тарі. Наведені поляризаційні статичні теплові портрети для рідин в діапазоні температур від 0ºС до 25 ºС. Різниця в фізико-хімічних властивостях рідин приводять до різниць в їх теплових портретах, які проявляються у кількості мінімумів та максимумів та різним значенням крутості деяких ділянок на графіках, які чітко фіксуються. При температурних вимірюваннях радіометричними методами рідин можливо визначати області фазових переходів "тверда речовина--рідина", які характеризуються наявністю від’ємного наклону залежності прийнятого сигналу – температура на ділянці між двома максимумами теплового портрета (теплоємності). Для кожної з груп рідин (водно-спиртові розчини, продукти нафтопереробки) виявляються особливості пов’язані з термодинамікою передачі тепла. Під час природнього нагрівання охолоджених рідин на поверхні тари утворюється тонкий шар інею або роси, який є додатковим шаром для діелектричної багатошарової лінзи, цей шар знижує амплітуду сигналу, що приймається, але не спричиняє якісних змін теплових портретів різних рідин.
Висновки. Експериментально показана принципова можливість дистанційно розрізняти рідини близькі за своїм складом – водні розчини етилового спирту різних концентрацій та продукти нафтопереробки. Різні типи тари, що є зовнішнім шаром двошарової діелектричної лінзи впливають на її властивості, тобто на формуємий тепловий портрет рідин. Статичні теплові портрети показують, що основні відмінності для рідин проявляються на ділянках мінімальних значень залежностей амплітуд сигналів, що приймаються, які виявляються в температурній області та пов’язані з фазовими переходами рідин (наявність льоду) всередині тари. Наявність та розміри краплин залежать від теплоємності рідини та температури її плавлення. Графоаналітична обробка експериментальних даних – теплових портретів у температурному діапазоні для різних концентрацій етанолу у воді, дозволяє отримувати інформацію про водневі зв’язки та структуру розчинів, яка відповідає даним, які отримані більш складними методами. Запропонований метод дистанційної ідентифікації рідин в закритій діелектричній тарі є безпечним та екологічно чистим, необхідний рівень підсвічуючого випромінення не перевищує рівень 20дБ/кТ₀. Чутливість використаного радіометричного приймача дозволяє дистанційно, не залежно від параметрів середовища розповсюдження ЕМХ, вимірювати температуру рідини в діелектричній тарі з точністю не гірше ніж 0,1ºС. Експериментально показана доцільність використання поляризаційних вимірювань для дистанційної відмінності рідин, у тому числі і вогненебезпечних, по зміні їх теплових портретів, які отримані радіометричними методами в 8-ми мм діапазоні довжин хвиль. Використана широкосмугова шумова ЕМХ є переносник інформації про рідину та тару.