SU650024A1 - Способ определени зар да и электропроводности зар женной диэлектрической жидкости - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности, к определению объемного зар да и электропроводности зар женных диэлектрических жидкостей , и может быть использовано при исследовапии и контроле пропессов электростатического зар жени  диэлектрических жидкостей , например нефтепродуктов, в нефт ной и химической промышленност х.

Объемный зар д и электропроводность зар  женных диэлектрических жидкостей  вл ютс  основными электрическими параметрами , позвол ющими контролировать пропессы электростатического зар жени  при технологических операци х.

Известен способ, основанный на непосредственном измерении зар да при помощи  чейки Фараде . Такие измерени  легко реализуемы и обладают высокой точностью , однако не позвол ют осуществл ть непрерывный контроль и требуют разгерметизации системы, содержащей исследуемую ЖИДКОСТЬ на врем  отбора пробы. Эти два недостатка ограничивают возможность использовани  указанных способов.

Известны способы определени  объемного зар да, основанные на измерении электрического пол , создаваемого зар дов ЖИДКОСТИ. При реализации этих способов в объем исследуемой жидкости ввод т элемент , чувствительный к электростатическому полю, расчетным путем наход т соотношение между измер емым полем и объе-.; ным зар дом и по измеренному полю определ ют зар д.

Эти способы обладают следующими недостатками: при использовании чувствительного элемента статического типа (без ПОДВИЖНЫХ элементов) возможны только кратковременные измерени  пол , дл  каждого следующего измерени  необходимо ВЫВОДИТЬ чувствительный элемент из пол  определ емого зар да, что приводит к длительности измерений и св заны с технологическими трудност ми. Последние очень сложны в изготовлении и не выпускаютс  промышленностью. Кроме того, дл  каждого типа системы, содержащей исследуемую ЖИДКОСТЬ, требуетс  индивидуальна  конструкци  прибора.

Наиболее близким техническим рещением можно признать способ, по которому измер ют электрические параметры жидкости в цепи электрода, св занного через резистор с землей. Зар д определ ют по известному соотнощению тока релаксации и зар да

; 1 Т If -

1

Л-,

„ Недостатками способа  вл етс  низка  точность определени  объемного зар да, так как ток релаксации зависит от электропроводности V жидкости. Электропроводность согласно этим способам определ ют методом отбора проб и измерений по прин тым методикам в специальных  чейках. И, хот  измерени  электропроводности стараютс  производить в услови х, близких к услови м определени  зар да, однако с течением времени она может мен тьс  в исследуемом объеме и сильно отличатьс  от измеренной, что вызывает . большую погрешность определени  зар да. Цель предлагаемого изобретени  - повышение точности определени  за-р да и электропроводности. Она достигаетс  тем, что измер ют значение тока и напр жени  лри двух различных значени х сопротивлени  резистора, а зар д и электропроводность определ ют по формуле

На чертеже изображена схема измереОбъем J жидкости с электропроводностью Y и диэлектрической проницаемостью е, содержащей объемный зар д д, имеет заземленные электропровод ш,ие границы 2. В объем 1 помеш,ен провод щий зонд 5, соединенный с землей через сопротивлени  4 и 5 нагрузки в зависимости от положени  переключател  6. В цепь зонда включены измеритель 7 тока и измеритель 8 напр жени  зонда. Дл  определени  объемного зар да q и электропроводности у при помощи переключател  7 измен ют величину сопротивлени  нагрузки, подключа  одно из сопротивлений 4 « 5, измер ют токи и напр жени  в цепи зонда при каждом из сопротивлений нагрузки и определ ют объемный зар д и электропроводность исследуемой жидкости по следующим соотношени м; i,(U,-U,) и, - и., q - определ емый зар д; 7 - определ ема  электропроводность , t/i и f/2 - измеренные напр жени  зонда при сопротивлени х нагрузки RI и 2 соответственно;

(2та- 4-от Ч- 1)

(1)

/fj : 1 tl и iz - измеренные токи в цепи зонда при тех же сопротивлени х нагрузки; /С и /С2 - Конструктивные коэффициенты , завис щие от конфигураций зонда и объема расположени  зонда в объеме. При помещении соединенного с землей зонда 3 в объем / с зар женной диэлектрической жидкостью ток релаксации i р зар да жидкости распредел етс  между границами объема и зонда. Отношение части тока релаксации, текущей на зонд, к полному току релаксации исследуемого объема зависит от конфигураций зонда и границ объема и их взаимного расположени , а также от характера, распределени  зар да. Можно считать жидкость зар женной равномерно по всему объему, что соответствует большинству реальных ситуаций. Тогда , например, коэффициент отношени  токов ki -Е- дл  концентрических сфеip рических зонда и границ объема равен дл  коаксиальных цилиндров / 1 - т- -г л 1 -,L Цт-) где / и L - длины рабочего участка зонда и цилиндра границ объема соответственно . т дл  обоих случаев отношение диаметра зонда к диаметру границ объема. Итак, на зонд течет часть тока релаксаций , равна  р. зонда - ) где 1р.зонда часть тока релаксации зар да, текуща  на зонд; К, - конструктивный коэффициент; IP - нолный ток релаксации зар да в исследуемом объеме. При прохождении этого тока по цепи зонда возникает напр жение на зонде, благодар  которому возникает ток проводимости ij между зондом и границами объема. При этом полный ток зонда будет равен алгебраической сумме (арифметической разности) токов /р зонда и Ij. При различных величинах сопротивлений нагрузки величины напр жений от тока релаксации различным и, следовательно, различны токи проводимости . Отсюда можно выписать систему равенств i-i in. 3oiua - T, p - ., ; , - ..( 1 р.зш,да -;. /,p -г-, , где Ji и 12 - токи зонда при различных величинах сонротивлений нагрузки; fi . - токи и проводимости при тех же услови х. Вычита  одно из другого равенства (3), ПОЛУЧИМ l;,h,-(4) лт Учитыва , что токи проводимости завис т от разности потенциалов между зондом и границами объема и сопротивлени  растекани  между ними, выражение (4) можно реписать I; t/ (5) „ //1 Кр-и.,-где bl и f/2 - измеренные напр жени  зонда при различных величинах сопротивлений нагрузки; р - сопротивление растекани  между зондом и границами объема. 3 В свою очередь, сопротивление растекани  есть функци  геометрии зонда, его расположени  в объеме и электропроводности жидкости п ,-. Ry -- .(о) у Из формул (5) и (6) можно написать выражение дл  электропроводности г, - 1, - ( и что дает возможность судить об электро- 4 ( проводности жидкости по измеренным при различных сопротивлени х нагрузкл токам и напр жени м цепи зонда. По одному из равенств в выражении ( 3) с учетом сказанного о токах проводимости и выражений (2) и (6) можно написать выражение дл  тока релаксации „ . // Т, 1 .(о) i Из выражени  (8) с учетом формулы (1) получим Я,/р:-i, + Ll 7/ ; „ 9/ f/-g, ii -f и I , ., ( ON откуда - t,-c « q- 1 / -}- и, . (10) ТЛ., Подставл   в формулу (10) выражение ( 7) дл  у. получим выражение, св зывающее измеренные значени  токов и напр жений с зар дом К U U Л Я г , Ч- , (i 1) /.,I, - .,Л . , -1 Известно , что величина е дл  непол р„ ix диэлектрических жидкостей, в част „ д углеводородов, мен етс  в зави от внешних условий незначительно. Поэтому дл  данной жидкости она может быть прин та посто нной, а коэффициенты выражении (11) могут быть замеие Ы посто нной. .t.(12) Величина - может быть пол -чена из олределеви  сопротивлени  растекани  и посто нной времени релаксации гг,,р - г п АрС2,з 2.з, (, о; откуда ее ,,з,(14) где С2,з - электрическа  емкость между зондом и границами объема, котора  может быть измерена непосредственно. Таким образом, выражение (11) может быть переписано в виде д i у Пд) / дающем возможность судить об объемном зар де по измеренным значени м токов и напр жений при -различных сопротивлени х нагрузки в цепи зонда. Предлагаемый способ дает возможность непрерывного определени  объемного зар да с повышенной тхэчностью благодар  независимости результата от электропроводности жидкости, а также возможность одновременного непрерывного контрол  электропроводности жидкости. Формула и 3 о о р е т е и и   Способ определени  зар да и электропроводности зар женной диэлектрической

жидкости путем измерени  тока и напр жений в цепи электрода, св занного через резистор с землей, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, измер ют значение тока и нанр жени  при двух различных значени х сопротивлени  резистора, а зар д и электропроводность определ ют по формуле

i,(U,-U,)

,

., А- JA.ILf; I - и,-и.,

Ui - ток и напр жение зонда при одном значении сопротивлени ;

Uz - ток и напр жение зонда при другом значении сопротивлени  нагрузки;

Kz - конструктивные коэффициенты .