1-\\tتوصيف اختراع (description) الف- عنوان اختراع: دستگاه اندازه گيري موقعيت حدفاصل ميان دو سيال كاملا تيره ب- زمينه فني اختراع مربوط: مهندسي نفت، مهندسي شيمي، شيمي محض ج- مشكل فني و بيان اهداف اختراع: امروز در صنعت با مواردي روبرو هستيم كه در آنها نياز داريم موقعيت حدفاصل بين دو سيال را شناسايي كنيم. اگر دو سيال شفاف باشند براحتي و با روش هاي چشمي اين حدفاصل قابل شناسائي است. ولي در مواردي همانند حالتي كه آسفالتين در نفت ته نشين شده است نمي توان با روش هاي چشمي اين حدفاصل را شناسائي كرد، چراكه دو سيال كاملا تيره هستند و هيچ نور مرئي نمي تواند از درون آنها عبور نمايد. علاوه بر اين مشكل گاها با مواردي روبرو مي شويم كه در آن نياز داريم تغييرات ماهيت يك سيال كاملا تيره را در طول زمان بررسي كنيم، مانند حالتي كه كلوخه هاي آسفالتين درون نفت در حال بزرگ شدن هستند نيز نمي توان با روش هاي چشمي اين تغييرات را شناسائي كرد. هدف اول دستگاه اختراع شده شناسائي حدفاصل بين دو سيال كاملا تيره و هدف دوم آن شناسائي تغييرات ماهيت يك سيال كاملا تيره در طول زمان است. د- دانش فني پيشين: به منظور شناسائي حدفاصل بين دو سيال كاملا تيره روش هاي مختلفي ارائه شده اند از جمله دكتر جان شاو در دانشگاه آلبرتا از دستگاه ايكس ري براي پيدا كردن اين حدفاصل استفاده كردند كه متاسفانه اين روش علاوه بر گران قيمت بودن براي سلامتي كاربر نيز مضر است. همچنين در دانشگاه آلبرتا با استفاده از سنسورهاي صوتي توانستند حدفاصل بين دو سيال تيره را پيدا كنند ولي اين روش نيز علاوه بر گران قيمت بودن براي فشارهاي بالاي سيال قابل استفاده نيست. چراكه در فشارهاي بالا مجبور به استفاده از سل هاي فولادي هستيم و فولاد امواج صوتي را در تمام سيال پخش مي كند، طوري كه در گيرنده امواج مورد نظر دريافت نمي شود. ه- دانش موجود: اشعه مادون قرمز (طول موج هاي بالاي 1000 نانومتر) براحتي از سيالات بسيار تيره مثل نفت مرده عبور مي نمايند. اين امر در دستگاه هاي اس دي اس ساخت كمپاني نفتي شلمبرژه كه در دانشگاه تهران و پژوهشگاه صنعت نفت موجود هستند، مشاهده شده است. هر چقدر ضخامت سيال موجود كه اشعه بايد از آن عبور نمايد بيشتر باشد اشعه بيشتر در سيال پخش شده و جواب ها نامطمئن خواهد بود، بنابراين ما نياز به بررسي لايه نازكي از سيال داريم ولي در سل هاي پي وي تي مهندسي نفت نمي توان از ضخامت هاي كمتر از 1 سانتي متر استفاده كرد. بنابراين ما يك آينه ي آي آر در كف يك سل آلومينيومي جايگذاري كرديم و از طريق يك پنجره ي كوارتزي به آن نور تابانديم. نور از سه نقطه سل بازتاب مي شود و مي توان اين سه نقطه را به صورت جداگانه بررسي كرد. نقطه اول از سطح بيروني كوارتز بازتاب شده، نقطه دوم از سطح داخلي كوارتز و نقطه سوم كه قوي ترين فركانس را دارد از سطح آينه بازتاب شده است. اين نقطه سوم همان نقطه اي است كه مورد نظر ماست چراكه از درون ضخامت كمي از سيال عبور كرده است و به نوعي شدت نور در اين نقطه بيان گر يك ويژگي سيال به نام قدرت عبوردهي نور است. سه نقطه حاصل از تابش نور ليزر به شيشه و آينه در شكل 1 نشان داده شده اند. نقطه 1 از سطح خارجي شيشه، نقطه 2 از سطح داخلي شيشه و نقطه 3 از سطح آينه منعكس مي شود. شكل 1 : سه نقطه حاصل از تابش نور ليزر به شيشه و آينه با بالا و پايين شدن سل نقطه هاي ديگر سيال هم در اين فرآيند قرار مي گيرند، در نتيجه بر اساس همين اختلاف ميزان عبوردهي نور مي توان حدفاصل بين دو لايه را پيدا كرد، بدون اينكه از ضخامت سل و دقت اندازه گيري ها چيزي كم بشود. و- توضيح اشكال، نقشه ها، نمودارها: در قسمت (ه) توضيح داده شده است. ز- بيان واضح و دقيق مزاياي اختراع: با استفاده از اين دستگاه در صنعت نفت مي توان ميزان آسفالتين رسوب شده را بدست آورد. اين روش به مراتب ارزان تر از روش هاي مبتني بر اشعه ايكس و امواج صوتي است. علاوه بر آن اين دستگاه قابليت ارتقا به نسخه اي كه قادر به اندازه گيري تغيير ماهيت سيال در طول زمان، همانند onset point آسفالتين، هم خواهد بود. ح- توضيح حداقل يك روش اجرايي براي به كارگيري اختراع: يك آينه آي آر در فاصله چند ميليمتري پنجره كوارتزي يك سل پي وي تي قرار مي دهيم. آينه آي آر مي تواند از BK7 كه با آلومينيوم يا طلا لايه نشاني شده باشد تا استيل كاملا صاف و صيقلي باشد. سل بر روي يك صفحه متحرك (در راستاي قائم) كار گذاشته مي شود. سپس نور آي آر از طريق ليزر با طول موج و توان مشخص به سطح كوارتز و شيشه تابيده مي شود. سه نقطه مختلف به عنوان سيگنال خروجي در قسمت قرينه ليزر مشاهده مي شود. نقطه بازتابيده از سطح آينه به عنوان سيگنال مطلوب در فوتوديتكتور دريافت مي شود. با استفاده از تغيير شدت نور عبوري مي توان حدفاصل بين دو سيال و تغيير ماهيت ماده را اندازه گيري كرد. ت- ذكر صريح كاربرد صنعتي اختراع درصورتيكه ماهيت اختراع گوياي اين امر نباشد: 2-\\tادعاي اختراع همان طور كه قبلا توضيح داده شد، هدف اين اختراع در وهله نخست اندازه گيري حدفاصل بين دو سيال كاملا تيره است كه در يك سل قرار گرفته اند. براي اين منظور ابتدا يك سل نگهدارنده سيال ساخته مي شود. سلي كه ما ساخته ايم از جنس آلومينيوم و در سايز 1 سانتي متر در 2 سانتي متر در 5 سانتي متر است. اين سل روي يك پايه نگهدارنده قرار مي گيرد. پايه اي كه ما ساخته ايم روي يك گيربكس حلزوني با نسبت 7 به 1 به همراه يك پيچ و مهره بزرگ با طول گام 2 ميلي متر تشكيل شده است. روي پايه نگهدارنده يك محل براي ثابت نگه داشتن سل تعبيه شده است، به گونه اي كه سل مي تواند روي پايه بنشيند و بلند شود. استفاده از گيربكس حلزوني باعث مي شود حركت قائم پايه نگهدارنده سل بسيار آرام، دقيق و بدون هيچ نوع لرزشي باشد. ما در يكي از وجوه سل كه اندازه 2 سانتي متر در 5 سانتي متر دارد، يك پنجره ساخته ايم و يك شيشه ي كوارتزي روي آن جايگذاري كرده ايم، به گونه اي كه از طريق اين پنجره تمام داخل سل قابل رويت است. اين پنجره در سمت ليزر و فوتوديتكتور قرار دارد. اين سل و شيشه كوارتز پنجره ي آن در شكل 2 نشان داده شده است. شكل 2: سل و شيشه كوارتز پنجره ي آن علت ساخت پنجره ي بزرگ اين است كه مشكلي براي تابش مايل اشعه ليزر پيش نيايد. در كف سل يك شكاف بسيار نازك (به ضخامت 2 ميلي متر) براي جايگذاري آينه آي آر ايجاد كرده ام. آينه ي آي آر كه ما استفاده كرديم يك BK7 لايه نشاني شده توسط آلومينيم است. اين آينه با فاصله 2 ميلي متر از پنجره كوارتزي در كف سل جايگذاري شده است. شكل 3: آينه آي آر جايگذاري شده در كف سل ارتفاع پايه نگهدارنده سل توسط خط كش مغناطيسي اندازه گيري مي شود. هم چنين دو سنسور proximity براي كنترل بازه حركت پايه در بالا و پايين پايه تعبيه شده است. ليزر با طول موج 1064 و توان متغير، در روبروي پنجره كوارتزي قرار گرفته است. فوتوديتكتورهاي سري 711 شركت Heico آمريكا براي تشخيص نور برگشتي از سل استفاده مي شوند. اين فوتوديتكتورها دقت بسيار بالايي دارند با Gain 0.06 volt/nw كار مي كنند. اين فوتوديتكتورها در مكان قرينه نسبت به ليزر و روبروي پنجره سل قرار گرفته اند. چون نياز به اندازه گيري بسيار دقيق سيگنال خروجي از سل داريم و از طرف ديگر خود سيگنال خروجي از ليزر داراي noise مي باشد، بنابراين از دو فوتوديتكتور براي اختراع استفاده كرديم. به اين صورت كه اشعه ليزر قبل از ورود به سل، ابتدا به يك پليت شفاف برخورد كرده و درصد بسيار كمي از اشعه آن وارد فوتوديتكتور شماره 1 مي شود و به عنوان سيگنال پايه شناخته مي شود. باقيمانده اشعه ليزر نيز وارد سل مي شود و پس از برخورد به سيال و آينه ي آي آر وارد فوتوديتكتور شماره 2 مي شود و به عنوان سيگنال عبوري از سيال شناخته مي شود. تصوير دستگاه اختراع شده و اجزاي آن در شكل 4 نشان داده شده است. شكل 4: شماتيك دستگاه اختراع شده 1-\\tسل نگهدارنده ي سيال 2-\\tفوتوديتكتور شماره 2 (براي اندازه گيري سيگنال عبوري از سيال) 3-\\tفوتوديتكتور شماره 1 (براي اندازه گيري سيكنال پايه) 4-\\tليزر آي آر 5-\\tپليت شفاف 6-\\tسنسورهاي Proximity 7-\\tخط كش مغناطيسي 8-\\tموتور و گيبربكس حلزوني همانطور كه قبلا گفته شد ما سه سيگنال خروجي از پنجره سل داريم كه فقط يكي از آنها سيگنال مورد نظر ماست و دوتاي ديگر كه شدت زيادي هم دارند به عنوان noise محسوب مي شوند. براي حذف اين noise ها از يك لوله پلاستيكي باريك و كاملا تيره استفاده كرده ايم كه باعث مي شود فقط سيگنال مورد نظر در فوتوديتكتور خوانده شود و سيگنال هاي noise وارد فوتوديتكتور نشوند. با اين اوصاف دستگاه ساخته شده قابليت هاي زير را انجام مي دهد. تشخيص حدفاصل دو سيال كاملا تيره: با بالا و پايين شده پايه نگهدارنده سل نقاط مختلف سيال درون سل در برابر آناليز ليزر و فوتوديتكتور قرار مي گيرند و بر اساس تفاوت شدت نور عبوري در سيالات مختلف، مرز بين سيالات شناسائي مي شوند. تشخيص onset point در نفت هاي آسفالتيني: اگر فقط يك نقطه از سيال را مورد آناليز ليزر و فوتوديتكتور قرار بدهيم ولي ماهيت آن نقطه با زمان تغيير كند، مي توان اين تغيير ماهيت آن ماده را شناسائي كرد. به عنوان مثال اگر با گذر زمان به نفت هپتان اضافه كنيم ذرات آسفالتين به صورت كلوخه هاي بزرگ در مي آيند و گذردهي نور آي آر نفت را تغيير مي دهند. بنابراين مي توان با كمك اين دستگاه اين نقطه ي بحراني كلوخه اي شدن ذرات آسفالتين نفت را شناسائي كرد. 3-\\tخلاصه اختراع مقصود اختراع (OBJECT OF THE INVENTION) اختراع دستگاه اندازه گيري محل حدفاصل ميان دو سيال كاملا تيره برجستگيهاي تكنيكي اختراع (FEATURES OF THE INVENTION) گاها در صنعت با مواردي روبرو مي شويم كه در آنها نياز داريم حدفاصل دو سيال كاملا تيره را پيدا كنيم، مانند درصد آسفالتين رسوب شده در نفت. براي حل اين مشكل، به ارزان ترين شكل ممكن، ما استفاده از يك آينه ي آي آر درون سل نگهدارنده ي سيال و استفاده از نور آي آر براي آناليز نقاط مختلف سيالي كه جلوي آينه قرار دارد را پيشنهاد داده ايم. اين اختراع منجر به ساخت دستگاهي مي شود كه ويژگي هاي زير را در بردارد. -\\tامكان اندازه گيري حدفاصل ميان دو سيال كاملا تيره همانند نفت و اسفالتين. -\\t امكان ساخت نمونه دستگاه در نوع دما بالا و فشار بالا. -\\tامكان ارتقا دستگاه به نمونه اي كه قابليت اندازه گيري تصاوير ذرات در سايز ميكرون را دارد. زمينه فني اظهارنامه اختراع (FIELD OF APPLICATION) استفاده در صنايع نفت و گاز براي اندازه گيري درصد رسوب آسفالتين و ساير سيالات دوفازي، استفاده در صنايع شيميايي پيشنهاد جايگزين (چاره ديگر) اگر مقتضي باشد (ALTERNATIVE IF APPROPRIATE) استفاده از دستگاههايي كه با سنسور صوتي كار مي كنند. 4-\\tنقشه يا نقشه‌ها، در صورت لزوم 5-\\tمدارك مثبت هويت متقاضي و مخترع 6-\\tدرخواست كتبي مبني بر عدم ذكر اسم مخترع، چنانچه خترع نخواهد اسم وي ذكر شود 7-\\tمدارك مربوط به حق تقدم 8-\\tرسيد مربوط به پرداخت هزينه هاي قانوني