ТРЁХЭЛЕКТРОДНЫЙ ДАТЧИК НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ В ХОДЕ СИНТЕЗА АЛКИДНЫХ ЛАКОВ И СМОЛ

Полезная модель относится к области измерения электрофизических параметров жидкостей, а также измерения диэлектрической проницаемости, электропроводности и тангенса угла потерь жидкостей в связи с контролем технологического процесса производства алкидных лаков и смол.
Задачей, стоящей перед полезной моделью является совершенствование процесса производства пентафталевых алкидных смол, являющихся основой полуфабрикатных алкидных лаков.
В ходе исследований выявились особенности протекания реакции переэтерификации в зависимости от свойств исходного сырья и режимов синтеза.
Для измерения электрофизических свойств рабочей смеси конструкция должна обеспечивать выполнение измерений при учете следующих требований:
1. Алкидные лаки и смолы относятся к разряду ЛВЖ, в составе которых могут присутствовать такие растворители, как нефрас, ксилол, ТС-1 и др. Поэтому в конструкции датчика должно быть:
- наличие защитных заземляющих электродов, исключающих прямой электрический пробой;
- выполнение монтажа датчика через дополнительные изолирующие вставки, не допускающие прохождение через электрическую схему измерений посторонних токов и разрядов;
- схема измерений должна обеспечивать гальваническую развязку измеряемого сигнала;
- заземление измерительной системы на отдельный измерительный контур, изолируемый от контура заземления силовых устройств;
- наличие сопротивлений, ограничивающих величину тока.
2. Конструкция датчика должна учитывать такие свойства рабочей смеси, как нарастающую высокую вязкость, в следствие чего, продукты производства могут достигнуть параметров твердого полимера. В этой связи эксплуатационные свойства датчика не должны допускать скапливания и отложений рабочей смеси в каких-либо полостях и предусматривать возможность промыва всей конструкции без дополнительного демонтажа.
Скорость протекания реакции переэтерификации (контролируемая, в том числе, с помощью предложенной нами методики) определяется в значительной степени параметрами исходного сырья (растительного масла, глицерина), которые зависят, в первую очередь, от наличия посторонних примесей, влаги и др. Эти параметры должны быть исследованы и учтены, в предлагаемой нами методике. Для анализа этих параметров достаточно широко используются методы, основанные на определении характеристической удельной активной электропроводности жидкого растительного масла при характеристической частоте электромагнитных колебаний. С целью повышения сопоставимости результатов, исключения влияния на получаемые зависимости температурных отклонений режимов синтеза от регламентных величин, предлагается модифицировать методику контроля электросопротивления реакционной смеси в ходе синтеза пентафталевых алкидных смол, а именно:
перед началом синтеза определять следующие параметры сырья - растительного масла:
- характеристическую удельную электропроводимость, сопротивление и характеристическую частоту электромагнитных колебаний;
- проводить измерения сопротивления реакционной смеси переменному току на характеристической частоте колебаний;
- для анализа использовать нормированное значение удельного сопротивления реакционной смеси, а именно: измеренное значение сопротивления реакционной смеси переменному току, деленное на характеристическое удельное активное электросопротивление растительного масла;
- измерение характеристического удельного активного сопротивления растительного масла совместить с проведением классического анализа - термопробы, и проводить при температурах, максимально приближенных к режимам переэтерификации.
-6
-12
Эти особенности не учтены в конструкции датчика по пат. РФ №578603. В нем используются потенциальные электроды с развитыми поверхностями и сравнительно небольшими расстояниями между ними, что делает его пригодным для определения совокупности удельных параметров диэлектрических жидкостей, с проводимостью от 10 См/м до 10 См/м (ограниченной разрешающей способностью измерительного прибора по проводимости).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением является трехэлектродный датчик (пат. РФ №2482469, 20.05.2013 г.), содержащий два потенциальных электрода, один из которых заземлен, и является основным, а второй электрод - съемный.
Недостатком такой конструкции датчика является то, что датчик предлагается использовать для периодических измерений, путем погружения датчика в отобранную пробу.
Предлагаемая нами конструкция датчика позволяет производить измерения электрофизических параметров непрерывно по ходу протекания технологического процесса. Для измерения показаний предлагается применять датчик, состоящий из двух потенциальных и одного охранного электродов.
Датчик выполнен в виде вставки в трубопровод в технологическую линию.
На чертеже схематически показан предлагаемый датчик. Потенциальные электроды выполнены в виде втулок 1 и 2, вставлены в трубопровод 3, являющийся охранным электродом, между ними расположена изолирующая вставка 4, выдерживающая высокую температуру. Потенциальные электроды разделены внутренним кольцевым выступом 5 трубопровода 3, являющимся охранным электродом, и изолированы от него шайбами 6 из диэлектрика, выдерживающие высокую температуру. Трубопровод закреплен двумя фланцами 7, которые тоже служат охранными электродами, а между фланцами 7 и потенциальными электродами 1 и 2 вставлены изолирующие диэлектрические шайбы 6, выдерживающие высокую температуру. Охранный электрод заземлен через вывод 8, а потенциальные электроды имеют выводы 9 и 10, изолированные от охранного электрода 3 диэлектрическими изоляторами 11.
Фланцы датчика изолируются от трубопровода изоляционными прокладками 12.
Конструкция датчика выполнена таким образом, чтобы исключить прямой электрический пробой.
Проведенный патентный поиск позволил установить, что в предыдущих патентных заявках аналоги, тождественные признакам заявляемого устройства, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна».
Датчик работает в комплекте с измерителем иммитанса. В низкочастотной области его целесообразно использовать в комплекте с измерителем иммитанса Е7-20 (Е7-25), а на повышенных частотах до 10 МГц целесообразно использовать компьютеризированную систему КСА.
fx
x
Fx
Датчик приобретает необходимое состояние для осуществления процесса измерения всей совокупности электрофизических параметров, в том числе величин G, F, χ, и , когда активная составляющая электропроводности рабочей смеси в рабочем объеме датчика является слагаемым двух сопоставимых величин. Одна из них обусловлена количеством движения в рабочей смеси «свободных» зарядов, образующих токи проводимости, а другая - количеством движения «связанных» зарядов, образующая токи смещения.
Такое состояние датчика достигается сочетанием размера площади потенциальных электродов и расстоянием между электродами.
Оптимальное решение имеет место быть, когда геометрическая постоянная рабочего объема датчика с воздухом равна:
0
где С - электрическая емкость рабочего объема в вакууме (или в воздухе), пФ;
8,854 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, пФ/м.
Допускается отклонение от оптимального значения геометрической постоянной датчика, которое определяется по выражению:
0
где К - геометрическая постоянная датчика с исследуемой рабочей смесью;
э
где С - эквивалентная электрическая емкость датчика с исследуемой рабочей смесью, пФ.
- диэлектрическая проницаемость.
Удельная электропроводность хо определяется из выражения:
0
χ=КG
где G - измеренная проводимость датчика с исследуемой рабочей смесью, пФ.
Диэлектрическая проницаемость определяется из выражения:
где С - измеренная емкость датчика с исследуемой рабочей смесью, пФ;
0
С - емкость датчика до введения рабочей смеси (вакууме или в воздухе), пФ.
-1
-6
Диапазон определения электрофизических параметров датчика составляет: диэлектрической проницаемости от 1 до 120 относительных единиц в диапазоне удельной электропроводимости от 10 до 10 См/м и менее (корректируется в соответствии с разрешающей способностью измерительного прибора).
Датчик может быть использован для определения указанных выше показателей рабочей смеси, обладающей любой удельной электропроводностью в электромагнитном поле с частотой от 1 кГц до 10 МГц.
Конструкция датчика позволяет достичь этого за счет простой смены потенциальных электродов с различным внутренним диаметром, а также смены прокладок между электродами, меняющими зазор между ними, что изменяет геометрическую постоянную датчика.
Диапазон измерения датчика может быть существенно расширен за счет применения потенциальных электродов, изготовленных из стали, меди, сплавов, а также за счет покрытия внутренних поверхностей потенциальных электродов благородными металлами, имеющими невысокое электрическое сопротивление (серебром, золотом).
Еще одним достоинством предложенной полезной модели является то, что конструктивное решение датчика обеспечивает возможность визуального обследования состояния измерительных поверхностей.
В целом, предложенная модель позволяет повысить точность, надежность и оперативность анализа, при непрерывном дистанционном измерении электрофизических свойств рабочих смесей непосредственно в течение технологического процесса.