一种油膜测量方法及油膜测量仪技术

本发明专利技术公开了一种油膜测量方法以及应用该方法制作而成的一种油膜测量仪，利用油品介电常数与空气有较大差异的特点，以海水为下电极，另外设置一上电极，二者之间形成一可变电容，控制上电极向下运动，当上电极接近或到达油气界面时，距离引起的电容变化曲线斜率有一明显增加，通过判断随上电极的运动电容变化曲线斜率的转折点，可以准确测量此点的电极位置，即可得到油气界面的精确位置；当上电极继续运行到油水界面时，由于海水是良导体，上下电极短路，此时的电极位置即为油水界面的位置，油气界面与油水界面间距离即油膜厚度。本发明专利技术以较低成本实现了污染水面油膜厚度的测量，结构较为简单，使用简便，可用于污染现场油污染状态的评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油膜厚度检测
，具体来说涉及一种油膜测量方法以及应用该方法制作而成的一种油膜测量仪。
技术介绍
目前，国内对各类油污染的溢油量基本采取人工采样方式，不能做到在线实时监测，对突发事件响应不及时，对油膜厚度则是根据油膜色彩运用经验公式评估，数据可靠性较差。本专利技术的基本原理为：海水受到油的污染后，可形成三层不同介质，即空气、油、水。测定油气界面和油水界面之间的距离即为油膜的厚度。由此，若能精确测量上述两个界面的位置，即可得到油膜的准确厚度(具体技术方案及其独到技术将在后面提及)。掌握了油膜厚度，配合航空遥测或其它方式(如雷达)测量污染海域面积便可实时在线掌握溢油量，从而估计溢油的危害程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油膜测量方法以及应用该方法制作而成的一种油膜测量仪。本专利技术采用以下技术方案来实现：一种油膜测量方法：利用油品介电常数与空气有较大差异的特点，以海水为下电极，另外设置一上电极，二者之间形成一可变电容，控制上电极向下运动，当上电极接近或到达油气界面时，距离引起的电容变化曲线斜率有一明显增加，通过判断随上电极的运动电容变化曲线斜率的转折点，可以准确测量此点的电极位置，即可得到油气界面的精确位置；当上电极继续运行到油水界面时，由于海水是良导体，上下电极短路，此时的电极位置即为油水界面的位置，油气界面与油水界面间距离即油膜厚度。一种油膜测量装置，包括上电极和下电极，上电极与下电极为上下垂直安装的结构；上电极固定于电动推杆下端，电动推杆与电机连接，电机驱动电动推杆带动上电极竖直上下位移；下电极为一绝缘敞口容器，固定于底座上，下电极导线由底部海水部分引出，海水上部为欲测量厚度的油膜；上、下电极连接到电极检测电路单元，以判断油气界面和油水界面的位置；上电极还设置有上电极位置检测单元，用以读取上电极的位置信息；所述电极检测电路单元、上电极位置检测单元和电动推杆的电机连接到单片机及外围电路组成的下位机系统，下位机系统连接到通用PC机上位机系统；下位机系统完成电极检测电路单元测量信号采集、上电极位置检测单元位置信息读取、以及上电极的运动控制，上位机系统作为人机交互界面，完成人机交互。在上述技术方案中，上电极位置检测单元采用直线滑动电阻器，直线滑动电阻器与电动推杆平行设置，直线滑动电阻器的滑动触点与电动推杆固定连接，以使滑动触点与上电极同步运动，直线滑动电阻器上的电压在滑动触点上的分压表示上电极的位置，此电压由单片机通过AD转换器转换为数字量用于计算上电极的精确位置。在上述技术方案中，电极检测电路单元包括定时器555构成的多谐振荡器、以及跟随电路、滤波电路、放大电路；一方面通过定时器555构成的多谐振荡器将电容信号转换为振荡频率信号输出给单片机(当单片机检测到振荡频率明显变化转折点时，记录此时的上电极的位置，此时位置为油气界面)；另一方面通过跟随电路、滤波电路、放大电路，将上、下电极之间电容上的锯齿波滤波放大后转换成直流电压信号，(当单片机检测到电压值为零时，记录此时的上电极的位置，此时位置为油水界面)。本专利技术的优点和有益效果为：与以往常见的雷达扫描、油膜色彩判断等方法不同，本专利技术采用一种新的油膜厚度检测方法，其利用油品介电常数与空气油较大差异的特点，以海水为下电极，另外设置一上电极，二者之间形成一可变电容，控制装置控制上电极向下运动，当上电极接近或到达油气界面时，距离引起的电容变化曲线斜率有一明显增加，通过判断随上电极的运动电容变化曲线斜率的转折点，可以准确测量此点的电极位置，即可得到油气界面的精确位置；当上电极继续运行到油水界面时，由于海水是良导体，上下电极短路，此时的电极位置即为油水界面的位置，油气界面与油水界面间距离即油膜厚度。本专利技术的油膜测量装置以较低成本实现了污染水面油膜厚度的测量，结构较为简单，使用简便，可用于污染现场油污染状态的评估。附图说明图1是油膜测量原理示意图。图2是上下电极间距离与电容值之间关系图。图3是油膜测量仪的机械结构图。图4是油膜测量仪的电控原理图。图5是电极检测电路单元的原理图。图6是电极检测电路单元的具体电路图。图7是实施例中的上位机主界面图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术的油膜测量原理如下：常见产生污染的油品，其介电常数为空气的2倍以上，若在污染物上方设一探测电极(上电极1)，以污染物下面的海水为另一电极2，则二电极之间会形成电容。如图1所示。图1中x0为油水(油膜a和海水b)界面，x1为油气(油膜和空气)界面，x为上电极位置。d1为上电极与油气界面距离(即空气介质的厚度)，d2为油膜介质厚度。电极之间介质的介电常数、电极之间的距离、电极的面积等因素决定了电容值，二电极之间的电容值为： C = g S d - - - 1 - 1 ]]>其中g为介电常数，S为极板面积，单位m2，d为极板距离，单位m；电容单位法拉。若电极之间有二层介质(空气介质和油膜介质)，如图1所示，则电容值为 C = g 1 g 2 S g 1 d 2 + g 2 d 1 - - - 1 - 2 ]]>其中：g1为空气介电常数，g2为油膜介电常数；S为极板面积，单位m2；d1为空气介质的厚度，d2为油膜介质厚度，单位m；为简化分析，设g2远大于g1，d1远大于d2，则式1-2简化为： C ≈ g 1 g 2 S g 2 d 1 = g 1 S d 1 - - - 1 - 3 ]]>即当上电极位置x距油水界面x0较远时，满足条件g2远大于g1、d1远大于d2，二电极间电容值基本取决于空气的介电常数g1，电容值可近似按式1-3计算。由于空气介电常数较小，距离引起的电容变化曲线斜率亦较小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油膜测量方法，其特征在于：利用油品介电常数与空气有较大差异的特点，以海水为下电极，另外设置一上电极，二者之间形成一可变电容，控制上电极向下运动，当上电极接近或到达油气界面时，距离引起的电容变化曲线斜率有一明显增加，通过判断随上电极的运动电容变化曲线斜率的转折点，可以准确测量此点的电极位置，即可得到油气界面的精确位置；当上电极继续运行到油水界面时，由于海水是良导体，上下电极短路，此时的电极位置即为油水界面的位置，油气界面与油水界面间距离即油膜厚度。

【技术特征摘要】
1.一种油膜测量方法，其特征在于：利用油品介电常数与空气有较大差异的特点，以海水为下电极，另外设置一上电极，二者之间形成一可变电容，控制上电极向下运动，当上电极接近或到达油气界面时，距离引起的电容变化曲线斜率有一明显增加，通过判断随上电极的运动电容变化曲线斜率的转折点，可以准确测量此点的电极位置，即可得到油气界面的精确位置；当上电极继续运行到油水界面时，由于海水是良导体，上下电极短路，此时的电极位置即为油水界面的位置，油气界面与油水界面间距离即油膜厚度。2.一种油膜测量装置，其特征在于：包括上电极和下电极，上电极与下电极为上下垂直安装的结构；上电极固定于电动推杆下端，电动推杆与电机连接，电机驱动电动推杆带动上电极竖直上下位移；下电极为一绝缘敞口容器，固定于底座上，下电极导线由底部海水部分引出，海水上部为欲测量厚度的油膜；上、下电极连接到电极检测电路单元，以判断油气界面和油水界面的位置；上电极还设置有上电极位置检测单元，用以读取上电极的位置信息；所述电极检测电路单元、上电极位...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾辉军，
申请(专利权)人：天津海运职业学院，
类型：发明
国别省市：天津;12