Способ измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для измерения и контроля диэлектрической постоянной. Способ измерения диэлектрической проницаемости бензинов включает проведение измерения и последующее определение величины диэлектрической проницаемости. При этом диэлектрическую проницаемость бензинов измеряют в идентификационных “И” числах. За контрольные точки линейной шкалы измерительного прибора принимают значения диэлектрической проницаемости химически чистого гептана и толуола. Измерения проводят путем периодического опускания датчика измерительного прибора в исследуемый бензин, а величину диэлектрической проницаемости определяют по выведенной зависимости. Изобретение позволяет повысить точность проводимых измерений. 2 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических сред, и может быть использовано в электронной и нефтеперерабатывающей промышленностях в процессах измерения и контроля диэлектрической постоянной диэлектрических сред.

Как правило, в процессах измерения величины диэлектрической проницаемости диэлектрических сред результаты измерения выводятся на индикаторный прибор, на котором нанесена измерительная шкала. Однако все существующие в настоящее время шкалы не дают высокой точности измерения величин диэлектрической проницаемости.

Существующие в настоящее время способы измерения физических величин и их измерительные шкалы стандартизированы ГОСТом 5365-73. Также существуют известные решения в технологии измерения физических величин, защищенные авторскими свидетельствами №1383095 А1 от 09.07.1980 г., класс: G 01 D 13/04 (2-ой столбец) и №1569747 А1 от 19.02.1988 г., класс: G 01 R 27/26.

Однако все эти способы измерения не позволяют с достаточной точностью и простотой отображать показатели диэлектрической проницаемости.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) заявленного технического решения является известный способ измерения диэлектрической проницаемости жидкостей, описанный в авторском свидетельстве СССР (№1681279 А1 от 24.04.1989 г., класс: G 01 R 27/26).

В указанном способе величину диэлектрической проницаемости измеряют путем облучения исследуемой жидкости электромагнитной волной с линейной поляризацией через диэлектрическую призму с получением эллипсометрических параметров отраженной волны и далее определяют величину диэлектрической проницаемости по зависимости, связывающей ее с длиной волны, соответствующей минимуму эллиптичности.

Однако и этот способ имеет существенные недостатки, например, он технически сложен, длителен и, как и вышеуказанные решения, не имеет той точности, которая требуется в процессе измерения диэлектрической проницаемости.

Существо способа

Для измерения диэлектрической проницаемости любого жидкого горючего вещества, например, бензина марки А 76 - АИ 98, берут калибровочный (гостированный) эталон. Показатели диэлектрической проницаемости жидких горючих веществ соответствуют показателям диэлектрической проницаемости таких соединений, как, “гептан” - 1,927; “гексан” - 1,90; “изооктан” - 1,943; “октан” - 1,946; “пентан” - 1,843 и т.д. Различать и воспринимать численные показатели диэлектрической проницаемости в указанных величинах (после 1 стоят три числа) достаточно сложно.

Для основной группы нефтепродуктов, выпускаемых промышленностью, показатель диэлектрической проницаемости ε, как правило, находится в пределах 1,8-2,0. Экспериментально доказано, что основные отличия ε, например, для бензинов находятся во втором, третьем знаке, после запятой, как для гостированных, например, гептана, так и для других бензинов.

Если измерять бензины, то в качестве эталона предлагается использовать “гептан” с ε=1,927, тогда точность измерения должна быть на порядок выше последнего знака после запятой, т.е. погрешность измерения может достигать ±0,0001, а результат измерения - 1,9271-1,9269. Это означает, что в процентах погрешность не должна превышать ±0,01%.

Предлагается численные значения диэлектрической проницаемости, полученные в результате измерения, например, углеводородных жидкостей, представлять в условных единицах или “идентификационных единицах” (“И”). Таким образом, показатели значений идентификационных чисел являются производными их диэлектрической проницаемости.

Пример измерения ε бензинов в идентификационных “И” числах.

Принимаем за контрольные точки линейной шкалы прибора (нижняя и верхняя точки) значения ε химически чистого, гостированного гептана и толуола, которые составляют 1,927 и 2,378 соответственно.

Таким образом:

И=“0” - соответствует для гептана его значению ε=1,927 (нижняя точка).

И=“88” - соответствует для толуола его значению ε=2,378 (верхняя точка).

Формула перевода диэлектрической проницаемости в идентификационные числа:

И=195,122 (ε-1,927), где:

195,122 - число, полученное на основе экспериментов.

1,927 - значение ε гептана.

Отсюда: значение ε определяется по формуле:

ε=И/195,122+1,927.

Заявленный способ измерения диэлектрической проницаемости позволяет в сотни раз увеличить точность проводимых измерений. Идентификационные численные значения более точны для показателя ε, они легко воспринимаются, запоминаются и сравниваются. Основной диапазон измеряемых величин “И” лежит в пределах от “0” до “100” условных единиц или идентификационных единиц.

Верхней точкой отсчета является идентификационное число “100”, которому соответствует диэлектрическая проницаемость, определяемая по формуле:

ε_mах=100/195,122+1,927=2,4395.

Каждый нефтепродукт, например, автобензин, имеет свое идентификационное число, что позволяет проводить его идентификацию на стадиях производства, транспортировки, хранения и реализации.

Одни и те же марки автобензинов, произведенных на разных заводах, имеют разные индентификационные числа, что позволяет идентифицировать производителя продукции. Показатель “идентификационное число” может использоваться для классификации и контроля других диэлектриков: дизельных топлив, масел, газов, водных растворов, спиртов и т.д.

Предлагаемый способ позволяет в сотни раз, почти в 200 раз, увеличивать точность проводимых измерений.

Все существующие приборы, которые используют для измерения диэлектрической проницаемости, могут быть переведены для измерения ε в идентификационные числа.

Ниже представлены анализы нефтепродуктов на приборе ЯАС-2000.

В качестве проб брали автобензины на разных автозаправочных станциях города Краснодара и Краснодарского края. Анализ пробы проводили параллельно на трех приборах ЯАС-2000. Для каждой серии проведения испытаний брали образец анализируемого топлива, перемешивали и проводили измерения в положении датчика (измерительной головки) прибора на дне емкости с анализируемым образцом и на весу. Датчик в положении на дне опускали в стакан со скоростью одна секунда и четыре секунды, для определения зависимости различия идентификационного числа от скорости измерения. Так же были проведены измерения показателя “И”, но в положении датчика на весу.

Аналогичные испытания проведены с теми же образцами нефтепродуктов, после отстаивания пробы в течение тридцати минут. Результаты испытаний прилагаются (см. табл.1-5).

Полученные данные говорят о том, что предлагаемый способ измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических сред позволяет определять диэлектрические свойства непроводящих жидкостей через показатель “идентификационное число”. Кроме того, по численным значениям этого показателя также можно достаточно точно определять индекс смеси в анализируемом топливе.

1. Способ измерения диэлектрической проницаемости бензинов, заключающийся в проведении измерения и последующем определении величины диэлектрической проницаемости, отличающийся тем, что измеряют диэлектрическую проницаемость бензинов в идентификационных “И” числах, за контрольные точки линейной шкалы измерительного прибора принимают значения диэлектрической проницаемости химически чистого гептана и толуола, при этом идентификационное число И=0 соответствует значению ε=1,927, а идентификационное число И=88 соответствует значению ε=2,378, измерения проводят путем периодического опускания датчика измерительного прибора в исследуемый бензин, а величину диэлектрической проницаемости определяют по формуле

ε=И/195,122+1,927, где

ε - величина диэлектрической проницаемости;

И - идентификационное число, отображенное на шкале измерительного прибора в интервале отсчета от 0 до 100;

195,122 - число, полученное экспериментально;

1,927 - показатель диэлектрической проницаемости гептана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхней точкой отсчета является идентификационное число 100, которому соответствует диэлектрическая проницаемость, определяемая по формуле

ε_max=100/195,122+1,927=2,4395.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодичность опускания и поднимания датчика измерительного прибора в исследуемый бензин составляет 2-4 с.