Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению электрофизических свойств диэлектрических материалов, и может быть использовано для определения постоянной времени релаксации объемного заряда диэлектрических жидкостей, например нефтепродуктов в нефтяной, нефтехимической промышленности и в других отраслях, технологические процессы в которых сопряжены с перекачкой и транспортировкой таких жидкостей.

Постоянная времени релаксации объемного заряда является параметром, определяющим многие процессы при производстве и использовании диэлектрических жидкостей. Так, знание постоянной времени релаксации объемного заряда жидкостей необходимо для решения задач защиты от статического электричества при перекачке жидкостей и заполнении резервуаров. Поэтому повышение точности определения этого параметра необходимо для более совершенного решения задач электростатически безопасных технологических режимов.

Известны способ и устройство для измерения диэлектрической проницаемости ε и удельного объемного электрического сопротивления ρ, по значениям которых определяется постоянная времени релаксации τ=ε₀ερ (Стреттон, Теория электромагнетизма, 1948, с.27).

В соответствии с этим способом исследуемую жидкость помещают в измерительную ячейку, содержащую два коаксиальных цилиндрических электрода, измеряют электрическое сопротивление между электродами и электрическую емкость между ними, по измеренным величинам определяют диэлектрическую проницаемость, удельное объемное сопротивление и соответственно постоянную времени релаксации объемного заряда.

Недостатком этого способа и соответствующего устройства является низкая точность измерения удельного электрического сопротивления, обусловленная процессами электроочистки жидкости во время измерения, малыми расстояниями между электродами, соизмеримыми с толщиной двойных слоев на границе металл - жидкость, и явлениями эмиссии носителей заряда из металла в жидкость.

Известны способ и устройство для измерения постоянной времени релаксации объемного заряда в диэлектрических жидкостях, в соответствии с которыми исследуемую жидкость помещают в конденсаторную ячейку, подключают к электродам ячейки постоянное напряжение и определяют постоянную времени релаксации по времени полуразряда ячейки t после отключения напряжения по формуле: (A.Klinkenberg, I.L.van der Minne. Electrostatic in Petroleum Industry, Elsevier publishing comp, 1958, v.1)

Недостатком этих способа и устройства является низкая точность, обусловленная теми же явлениями, что и в предыдущем случае, а также влиянием входной емкости измерителя разности потенциалов на результат измерения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения постоянной времени релаксации объемного заряда.

Поставленная цель достигается тем, что подключают дополнительные конденсаторы C₁ или C₂ параллельно конденсаторной ячейке, измеряют постоянные времени изменения напряжения между электродами τ₁ и τ₂ при каждом подключенном конденсаторе и определяют постоянную времени релаксации объемного заряда по формуле:

При этом расстояние между электродами конденсаторной ячейки выбирают достаточно большим по сравнению с толщиной двойных слоев (15-25 мм).

На фиг.1 представлена электрическая блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит измерительную конденсаторную ячейку 1, источник постоянного напряжения 2, измеритель постоянной времени спада напряжения 3, программно-вычислительное устройство 4, индикатор 5, конденсаторы C₁ и C₂ и ключи K₁…K₃

На фиг.2 представлена эквивалентная схема ячейки с подключенным параллельно конденсатором:

C₀ - электрическая емкость ячейки, заполненной исследуемой жидкостью;

R - сопротивление растекания между электродами;

C₁(C₂) - подключаемые дополнительные конденсаторы;

3 - измеритель постоянной времени спада напряжения;

2 - источник постоянного напряжения.

Способ заключается в том, что исследуемую жидкость помещают в пространство между двумя электродами, подключают параллельно этим электродам сначала один дополнительный конденсатор емкостью C₁, подключают постоянное напряжение между электродами и измеряют постоянную времени спада напряжения после отключения напряжения. Затем подключают также второй дополнительный конденсатор емкостью С₂ и повторяют операцию измерения, как сказано выше. По результатам измерений определяют постоянную времени релаксации объемного заряда исследуемой жидкости по формуле:

Предлагаемый способ основывается на следующих предпосылках.

Постоянная времени τ релаксации объемного заряда исследуемой жидкости τ=RC₀.

Для постоянных времени системы C₀-C₁(C₂)-R в зависимости от подключенного дополнительного конденсатора получаем систему уравнений:

Решая эту систему уравнений относительно RC₀, получаем выражение:

,

соответствующее формуле (1).

Повышение точности определения τ достигается за счет того, что в предлагаемом способе исключается необходимость измерения электрической емкости ячейки, заполненной исследуемой жидкостью, а также измерения сопротивления между электродами, приводящими к значительной погрешности определения τ.

Погрешность определения τ предложенным способом зависит только от точности измерений величин τ₁ и τ₂ и точности определения величин емкостей дополнительных конденсаторов и может быть получена в пределах от 3 до 5%.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений определяются величины емкостей дополнительных конденсаторов C₁ и C₂ с учетами емкостей монтажа и входа измерителя 3.

Значение этих емкостей вводятся в память программно-вычислительного устройства 4 и в дальнейшем остаются неизменными. Конденсаторная ячейка 1 заполняется исследуемой жидкостью. С помощью ключа K₂ к ячейке подключается дополнительный конденсатор C₁, после чего с помощью ключа K₁ к электродам ячейки подключается выход источника постоянного напряжения 2. Затем источник 2 отключается и с помощью измерителя 3 производится измерение постоянной времени τ₁ спада напряжения между электродами ячейки. Результат измерения запоминается оперативной памятью программно-вычислительного устройства 4. После этого конденсатор C₁ отключается, и с помощью ключа K₃ подключается второй дополнительный конденсатор C₂ (возможно подключение второго конденсатора без отключения первого, тогда величина второй емкости, заложенная в памяти программно-вычислительного устройства, равна сумме емкостей конденсаторов C₁ и C₂), после чего операции измерения постоянной времени спада напряжения между электродами повторяются, и второе ее значение τ₂ также запоминается в оперативной памяти программно-вычислительного устройства 4. После этого программно-вычислительным устройством вычисляется значение τ постоянной времени релаксации объемного заряда по формуле (1), и результат выводится на индикатор 5. Управление ключами осуществляется командами, поступающими от программно-вычислительного устройства.