Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к определению объемного заряда и электропроводности заряженных диэлектрических жидкостей, и может быть использовано при исследовапии и контроле пропессов электростатического заряжения диэлектрических жидкостей, например нефтепродуктов, в нефтяной и химической промышленностях.
Объемный заряд и электропроводность заря женных диэлектрических жидкостей являются основными электрическими параметрами, позволяющими контролировать пропессы электростатического заряжения при технологических операциях.
Известен способ, основанный на непосредственном измерении заряда при помощи ячейки Фарадея. Такие измерения легко реализуемы и обладают высокой точностью, однако не позволяют осуществлять непрерывный контроль и требуют разгерметизации системы, содержащей исследуемую ЖИДКОСТЬ на время отбора пробы. Эти два недостатка ограничивают возможность использования указанных способов.
Известны способы определения объемного заряда, основанные на измерении электрического поля, создаваемого зарядов ЖИДКОСТИ. При реализации этих способов в объем исследуемой жидкости вводят элемент, чувствительный к электростатическому полю, расчетным путем находят соотношение между измеряемым полем и объе-.; ным зарядом и по измеренному полю определяют заряд.
Эти способы обладают следующими недостатками: при использовании чувствительного элемента статического типа (без ПОДВИЖНЫХ элементов) возможны только кратковременные измерения поля, для каждого следующего измерения необходимо ВЫВОДИТЬ чувствительный элемент из поля определяемого заряда, что приводит к длительности измерений и связаны с технологическими трудностями. Последние очень сложны в изготовлении и не выпускаются промышленностью. Кроме того, для каждого типа системы, содержащей исследуемую ЖИДКОСТЬ, требуется индивидуальная конструкция прибора.
Наиболее близким техническим рещением можно признать способ, по которому измеряют электрические параметры жидкости в цепи электрода, связанного через резистор с землей. Заряд определяют по известному соотнощению тока релаксации и заряда
; 1 Т If -
1
Л-,
„ Недостатками способа является низкая точность определения объемного заряда, так как ток релаксации зависит от электропроводности V жидкости. Электропроводность согласно этим способам определяют методом отбора проб и измерений по принятым методикам в специальных ячейках. И, хотя измерения электропроводности стараются производить в условиях, близких к условиям определения заряда, однако с течением времени она может меняться в исследуемом объеме и сильно отличаться от измеренной, что вызывает . большую погрешность определения заряда. Цель предлагаемого изобретения - повышение точности определения за-ряда и электропроводности. Она достигается тем, что измеряют значение тока и напряжения лри двух различных значениях сопротивления резистора, а заряд и электропроводность определяют по формуле
На чертеже изображена схема измереОбъем J жидкости с электропроводностью Y и диэлектрической проницаемостью е, содержащей объемный заряд д, имеет заземленные электропроводяш,ие границы 2. В объем 1 помеш,ен проводящий зонд 5, соединенный с землей через сопротивления 4 и 5 нагрузки в зависимости от положения переключателя 6. В цепь зонда включены измеритель 7 тока и измеритель 8 напряжения зонда. Для определения объемного заряда q и электропроводности у при помощи переключателя 7 изменяют величину сопротивления нагрузки, подключая одно из сопротивлений 4 « 5, измеряют токи и напряжения в цепи зонда при каждом из сопротивлений нагрузки и определяют объемный заряд и электропроводность исследуемой жидкости по следующим соотношениям; i,(U,-U,) и, - и., q - определяемый заряд; 7 - определяемая электропроводность, t/i и f/2 - измеренные напряжения зонда при сопротивлениях нагрузки RI и 2 соответственно;
(2та- 4-от Ч- 1)
(1)
/fj : 1 tl и iz - измеренные токи в цепи зонда при тех же сопротивлениях нагрузки; /С и /С2 - Конструктивные коэффициенты, зависящие от конфигураций зонда и объема расположения зонда в объеме. При помещении соединенного с землей зонда 3 в объем / с заряженной диэлектрической жидкостью ток релаксации i р заряда жидкости распределяется 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 расположения, а также от характера, распределения заряда. Можно считать жидкость заряженной равномерно по всему объему, что соответствует большинству реальных ситуаций. Тогда, например, коэффициент отношения токов ki -Е- для концентрических сфеipрических зонда и границ объема равен для коаксиальных цилиндров / 1 - т- -г л 1 -,L Цт-) где / и L - длины рабочего участка зонда и цилиндра границ объема соответственно. т для обоих случаев отношение диаметра зонда к диаметру границ объема. Итак, на зонд течет часть тока релаксаций, равная р. зонда - ) где 1р.зонда часть тока релаксации заряда, текущая на зонд; К, - конструктивный коэффициент; IP - нолный ток релаксации заряда в исследуемом объеме. При прохождении этого тока по цепи зонда возникает напряжение на зонде, благодаря 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 напряжений 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 условиях. Вычитая одно из другого равенства (3), ПОЛУЧИМ l;,h,-(4) лт Учитывая, что токи проводимости зависят от разности потенциалов между зондом и границами объема и сопротивления растекания между ними, выражение (4) можно реписать I; t/ (5) „ //1 Кр-и.,-где bl и f/2 - измеренные напряжения зонда при различных величинах сопротивлений нагрузки;р - сопротивление растекания между зондом и границами объема. 3 В свою очередь, сопротивление растекания есть функция геометрии зонда, его расположения в объеме и электропроводности жидкости п ,-. Ry -- .(о) у Из формул (5) и (6) можно написать выражение для электропроводности г, - 1, - ( и что дает возможность судить об электро- 4 (проводности жидкости по измеренным при различных сопротивлениях нагрузкл токам и напряжениям цепи зонда. По одному из равенств в выражении (3) с учетом сказанного о токах проводимости и выражений (2) и (6) можно написать выражение для тока релаксации „ . // Т, 1 .(о) i Из выражения (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., Подставляя в формулу (10) выражение (7) для у. получим выражение, связывающее измеренные значения токов и напряжений с зарядом К U U Л Я г , Ч- , (i 1) /.,I, - .,Л . ,-1 Известно, что величина е для неполяр„ ix диэлектрических жидкостей, в част „ д углеводородов, меняется в зави от внешних условий незначительно. Поэтому для данной жидкости она может быть принята постоянной, а коэффициенты выражении (11) могут быть замеие Ы постоянной. .t.(12) Величина - может быть пол -чена из олределевия сопротивления растекания и постоянной времени релаксации гг,,р - г п АрС2,з 2.з, (, о; откуда ее ,,з,(14) где С2,з - электрическая емкость между зондом и границами объема, которая может быть измерена непосредственно. Таким образом, выражение (11) может быть переписано в виде д i у Пд) / дающем возможность судить об объемном заряде по измеренным значениям токов и напряжений при -различных сопротивлениях нагрузки в цепи зонда. Предлагаемый способ дает возможность непрерывного определения объемного заряда с повышенной тхэчностью благодаря независимости результата от электропроводности жидкости, а также возможность одновременного непрерывного контроля электропроводности жидкости. Формула и 3 о о р е т е и и я Способ определения заряда и электропроводности заряженной диэлектрической
жидкости путем измерения тока и напряжений в цепи электрода, связанного через резистор с землей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют значение тока и нанряжения при двух различных значениях сопротивления резистора, а заряд и электропроводность определяют по формуле
i,(U,-U,)
,
., А- JA.ILf; I - и,-и.,
Ui - ток и напряжение зонда при одном значении сопротивления;
Uz - ток и напряжение зонда при другом значении сопротивления нагрузки;
Kz - конструктивные коэффициенты.
