Устройство контроля объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости



Устройство контроля объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости

 


Владельцы патента RU 2509308:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") (RU)

Устройство контроля объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля плотности объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости, например, углеводородных топлив при их перекачке по трубопроводам. Устройство содержит электроизолированный отрезок основного трубопровода и дополнительный участок трубопровода, шунтирующий основной трубопровод, размещенные в этом дополнительном отрезке электроды, один из которых заземлен, а второй подключен ко входу измерителя напряжения относительно земли и через ключ и измеритель тока к электроизолированному отрезку основного трубопровода, а плотность объемного заряда и постоянная времени его релаксации τ определяются по формулам ρ=CU/V и τ=CU/i, где ρ - плотность объемного заряда; С - электрическая емкость межу указанными электродами; U - напряжение указанного второго электрода относительно земли;

V - объем жидкости в указанном электроизолированном участке трубопровода; τ - постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости; i - ток релаксации заряда, заключенного в электроизолированном отрезке трубопровода.

Технический результат заключается в одновременном контроле плотности объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрических жидкостей при их перекачке по трубопроводам. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля плотности объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости, например, углеводородных топлив при их перекачке по трубопроводам.

При технологических операциях, связанных с перекачкой углеводородных топлив и других пожароопасных диэлектрических жидкостей по трубопроводам, жидкости электризуются, и в заполняемых объемах может накапливаться заряд, способный вызывать воспламеняющий искровой разряд. Для предотвращения таких разрядов необходимо измерять плотность объемного заряда в потоке диэлектрической жидкости, а также постоянную времени его релаксации, от которой зависит способность накопления заряда в приемном резервуаре.

Известно устройство для измерения плотности объемного заряда в потоке нефтепродуктов, содержащее электроизолированный отрезок трубопровода и измеритель тока релаксации объемного заряда на этом участке (Максимов Б.К. и др., Универсальный стенд для исследования электризации авиационных топлив, «Электричество», 1971, №12, с 73-76). Недостатком этого устройства является необходимость информации об электропроводности топлива, которая определяется заранее в лабораторных условиях, но может меняться в процессе перекачки, что приводит к не учитываемой погрешности измерения, а также диэлектрической проницаемости нефтепродукта.

Известен измеритель объемного заряда в потоке нефтепродуктов, содержащий электроизолированный отрезок основного трубопровода и шунтирующий его дополнительный отрезок трубопровода с расположенными в нем двумя электродами, один из которых заземлен, а второй электрически подключен к указанному отрезку основного трубопровода и ко входу измерителя напряжения относительно земли (А.С. № 524130 - основной аналог).

Недостатком этого устройства является невозможность с его помощью одновременно измерять постоянную времени релаксации объемного заряда топлива.

Целью предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей устройства, а именно, возможность одновременного контроля объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство введен дополнительно измеритель тока, протекающего между электроизолированным отрезком и незаземленным электродом, расположенным в дополнительном отрезке трубопровода.

На фигуре схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит электроизолированный отрезок 1 основного трубопровода 2, дополнительный отрезок 3, патрубки 4, вентиль 5, электроды 6 и 7, измеритель напряжения 8, измеритель тока 9, вычислительное устройство 10, индикатор 11 и ключ К.

Отрезок 1 трубопровода электроизолирован от основного трубопровода 2. Дополнительный отрезок 3 трубопровода шунтирует отрезок 1 трубопровода и соединен с основным трубопроводом 2 через патрубки 4, один из которых оборудован вентилем 5. Внутри дополнительного отрезка 3 помещены два электрода 6 и 7, один из которых 6 подключен ко входу измерителя напряжения 8, а также через ключ К и измеритель тока 9 к электроизолированному отрезку 1 основного трубопровода 2. Второй электрод 7 заземлен. Выходы измерителей 8 и 9 подключены ко входу вычислительного устройства 10, а выход последнего - к индикатору 11.

Работа устройства основана на следующем.

Заряд q, содержащийся в объеме жидкости, ограниченном отрезком 1 трубопровода, создает ток релаксации i, текущий на стенки этого участка и равный

i = q / τ = ε ε o / γ , ( 1 )

где

q - заряд в объеме, ограниченном отрезком 1;

τ - постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости;

γ - электропроводность жидкости;

ε - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости;

εо- диэлектрическая постоянная.

При подключении с помощью ключа К отрезка 1 к электроду 6 ток i, равный q/τ, протекает на землю через электрическое сопротивление R между электродами 6 и 7, создавая напряжение U, равное

U = i R ( 2 )

Величина электрического сопротивления R между электродами определяется выражением

R = k / γ , ( 3 )

где

k - конструктивный коэффициент.

При этом электрическая емкость С между электродами 6 и 7 определяется выражением

C = ε ε o / k ( 4 )

где

k - тот же самый конструктивный коэффициент.

С учетом выражений (1)…(3) получаем

q = C U , ( 5 )

откуда плотность объемного заряда ρ в потоке жидкости

ρ = C U / V , ( 6 )

где

V - объем жидкости в участке 1.

Постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости τ=ε εo/γ может быть определена из условий (1), (3) и(4)

τ = ε ε o / γ = R C = U C / i ( 7 )

Устройство работает следующим образом.

Часть перекачиваемой по трубопроводу 2 жидкости ответвляется в отрезок 3 через патрубки 4, причем скорость потока жидкости в отрезке 3 трубопровода устанавливается с помощью вентиля 5 такой, чтобы за время перемещения ее по входному патрубку жидкость полностью разрядилась и в отрезке 3 была электронейтральной. Это определяется по равенству нулю потенциала U на электроде 6, при отключенном от электрода 6 ключе К. Отрезок 1 трубопровода в это время заземлен через ключ К. После этого с помощью ключа К участок 1 трубопровода электрически соединяется с незаземленным электродом 6 через измеритель тока 9. Результаты измерения тока i и напряжения U поступают на вход вычислительного устройства 10, вычисляющего значения ρ и τ в соответствии с выражениями (6) и (7), и фиксируются на индикаторе 11.

Значение величины электрической емкости между электродами 6 и 7 при заполненном перекачиваемой жидкостью отрезке 3 трубопровода определяется по измеренной электрической емкости между ними в отсутствие жидкости с учетом значения ε. Так как величина ε для каждой конкретной жидкости может быть получена из справочников или измерена заранее и колеблется в пределах 5%, причем не зависит от температуры, методическая погрешность определения величин ρ и τ не превышает 5%, а при принятом ε=2 не превышает 10%, т.к. ε углеводородных топлив может быть от 1,8 до 2,2.

Таким образом, достигается поставленная цель - расширение технологических возможностей устройства, а именно, возможность одновременного контроля объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости.

Устройство контроля объемного электрического заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости, содержащее электроизолированный отрезок основного трубопровода и дополнительный отрезок трубопровода, шунтирующий основной трубопровод, размещенные в этом дополнительном отрезке электроды, один из которых заземлен, а второй подключен ко входу измерителя напряжения относительно земли, отличающееся тем, что с целью расширения технологических возможностей устройства оно снабжено измерителем тока, подключенным через ключ к указанному электроизолированному отрезку основного трубопровода, а плотность объемного заряда и постоянная времени его релаксации в потоке жидкости определяются по формулам
ρ=CU/V и τ=CU/i,
где
ρ - плотность объемного заряда;
С - электрическая емкость между указанными электродами;
U - напряжение указанного второго электрода относительно земли;
V - объем жидкости в указанном электроизолированном отрезке трубопровода;
τ - постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости;
i - ток релаксации заряда, заключенного в электроизолированном отрезке трубопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений. .

Изобретение относится к авиационно-космической технике и предназначено для преобразования энергии электромагнитных волн в механическую силу, придающую импульс движения всей системе.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения электрических зарядов. .

Изобретение относится к технике измерения электромагнитных полей и может быть использовано как измеритель электрической составляющей. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки величины заряда в электростатическом разряде с наэлектризованных материалов в производственных условиях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении потенциалов злектрофотографических слоев. .

Способ измерения плотности объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости, при котором выделяют электроизолированный участок основного заземленного трубопровода, создают дополнительный резервуар, заполненный перекачиваемой жидкостью, помещают в него систему из двух электродов, один из которых заземляют, а второй электрически соединяют с указанным электроизолированным участком трубопровода и измеряют напряжение на этом электроде относительно земли, а плотность объемного заряда определяют по формуле ρ=CU/V, где ρ - плотность объемного заряда; С - электрическая емкость между указанными электродами; U - напряжение на указанном втором электроде относительно земли; V - объем жидкости в указанном электроизолированном участке трубопровода. При этом с целью расширения технологических возможностей одновременно измеряют ток, протекающий между выделенным электроизолированным участком трубопровода и указанным вторым электродом, и определяют величину постоянной времени релаксации объемного заряда по формуле τ=CU/i, где τ - постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости; i - ток между электроизолированным участком трубопровода и указанным вторым электродом. Таким образом, способ позволяет одновременно контролировать объемный заряд и постоянную времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости. При этом способ дает возможность создания устройств для конкретных условий перекачки и размеров заполняемых резервуаров. 1 ил.
Наверх