УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕРАСТВОРЕННОЙ ВОДЫ В ТЕХНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ
DEVICE FOR DETERMINING CONTENT OF UNDISSOLVED WATER IN SERVICE FLUIDS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для испытаний изоляционных и смазочных жидкостей, низкооктановых горючих материалов с низкой вязкостью, например трансформаторного масла, смазочных масел паровых турбин и компрессоров, дизельного топлива.
Известно устройство (Иванов B.C. Руководящие указания по эксплуатации трансформаторного масла. М., Энергия, 1966, с.86), содержащее нагреватель и емкость для проб технической жидкости, в котором акустические сигналы при выпаривании нерастворенной воды воспринимаются на слух, поэтому результат испытаний носит субъективный характер, а определить количество нерастворенной воды в пробе невозможно.
Известно устройство для контроля нерастворенной воды в потоке технической жидкости (патент РФ №2256901 по кл.G01N 25/56, опубл. в 2004 г.).
Устройство содержит измерительную камеру, состоящую из излучателя светового потока и фотоприемника, расположенных в горизонтальной плоскости.
При этом поток жидкости движется перпендикулярно к этой плоскости. Измерение интенсивности светового потока от пересекающих его механических частиц и капель воды, перемещающихся с постоянной скоростью, позволяет определять размеры этих частиц. Жидкость перед поступлением в измерительную камеру нагревается до температуры, при которой за счет парообразования размеры капель воды увеличиваются, что повышает разрешающую способность измерителя и обеспечивает контроль капель воды небольшого размера. Рабочий канал измерительной камеры имеет небольшое сечение, что уменьшает вероятность прохождения одновременно нескольких частиц, но ограничивает допустимый расход жидкости и снижает производительность при испытаниях. Испытания на данном устройстве имеют ограничение по светопропусканию жидкости: для контроля темных жидкостей требуется источник света большой мощности, а при контроле прозрачных жидкостей капли воды в потоке жидкости не обнаруживаются.
Чтобы тепло от нагретой жидкости не передавалось измерительной камере, используется дополнительное охлаждение, а поток жидкости от фотоэлектронных элементов должен быть изолирован. Это усложняет конструкцию устройства.
Известно устройство (RU 2125259 G01N 25/50, опубл. в 1999 г. - принято за прототип), обеспечивающее контроль нерастворенной воды в пробе или потоке технической жидкости.
Устройство содержит емкость, нагреватель, регулятор потока, входной и выходной штуцеры, электронный блок. В вариантах исполнения устройства используются теплообменник и вторая диафрагма, а электронный ключ реализует разные способы обработки и индикации электрического сигнала.
Исходной величиной для измерения является перемещение диафрагмы под действием акустических волн, образованных при переходе в пар капель воды. Диафрагма является элементом конструкции (дном) емкости и должна иметь достаточную механическую прочность, а это ухудшает ее упругие свойства. Акустические волны, возникшие при вскипании капель воды небольшого размера, не создают перемещение диафрагмы, достаточное для получения электрического сигнала. При испытаниях такие капли не обнаруживаются. Это снижает точность измерений. Используемый метод последовательного преобразования давления акустических волн в механическое перемещение диафрагмы и далее в электрический сигнал усложняет конструкцию и дополнительно снижает точность измерений.
Предварительный подогрев жидкости в теплообменнике создает значительный градиент температуры по объему емкости из-за чего достоверные результаты могут быть получены для пробы, занимающей не всю, а только часть емкости, что приводит к нерациональному использованию конструкции.
Большая плотность размещения элементов конструкции затрудняет отвод сконденсированной воды, а возвращение в пробу части сконденсированной воды искажает результаты измерений, причем при техническом обслуживании очистка элементов конструкции, находящихся в контакте с нагретой жидкостью, вызывает определенные трудности.
Технический результат изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерений.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройство для определения содержания нерастворенной воды в технических жидкостях, содержащее емкость с входным и выходным штуцерами, усилитель, счетчик, таймер, индикатор, регулятор потока и теплоизоляцию, согласно изобретению дополнительно введены крышка из материала с низкой теплопроводностью и акустический приемник, смонтированный в крышке, при этом входной штуцер размещен на дне емкости, а выходной штуцер расположен в верхней части емкости на ее боковой стенке, причем емкость выполнена из материала с большим электрическим сопротивлением, при этом выход акустического приемника через усилитель подключен к первому входу счетчика, второй вход которого подключен к первому выходу таймера, а второй выход таймера соединен с управляющей цепью регулятора потока, причем выход счетчика присоединен к индикатору, при этом для нагрева жидкости источник питания подключен к концам емкости.
Дополнительный технический результат достигается также в том случае, когда внутренняя сторона крышки имеет форму усеченного конуса, нижнее основание которого опирается на верхний край емкости, а верхнее основание совпадает по размеру с чувствительным элементом акустического приемника, при этом изнутри к крышке прикреплена вставка в виде усеченного конуса, нижнее основание которого опирается на верхний край емкости, а площадь верхнего основания конусной вставки больше или равна площади чувствительного элемента акустического приемника, при этом высота конусной вставки не превышает половины толщины крышки, а поверхность конусной вставки равномерно перфорирована.
В заявленном устройстве выполняется преобразование акустических волн в электрический сигнал непосредственно, без промежуточных преобразований.
Для нагрева пробы жидкости источник питания подключен к концам емкости, и при протекании тока корпус емкости нагревается, а выделяющееся при этом тепло передается жидкости внутри емкости. Поэтому специальная нагревательная обмотка, охватывающая нижнюю часть емкости, как в прототипе, не нужна. К тому же при нагреве корпуса емкости протекающим током обеспечивается непосредственный контакт нагретой стенки емкости и жидкости и увеличивается площадь теплообмена. За счет этого сокращаются потери и увеличивается ресурс устройства.
Крышка с внутренней перфорированной вставкой уменьшает количество сконденсированной воды, возвращающейся в контролируемую пробу, а низкая теплопроводность материала крышки защищает акустический приемник от теплового перегрева.
Выбранные размеры конусной вставки отвечают наиболее экономичному варианту конструкции, так как при высоте перфорированной вставки, равной половине тощины крышки, обеспечивается оптимальное соотношение количества сконденсированной и удаленной из камеры воды. При меньшей высоте перфорированной вставки за счет большего наклона боковой стенки сила, удерживающая каплю на поверхности, меньше веса капли и капли могут возвращаться в пробу. Это увеличивает погрешность измерений.
При большей высоте конусной вставки конденсация влаги происходит не только на поверхности конусной вставки, но и на чувствительном элементе акустического приемника, и для защиты его от влаги требуется дополнительная влагоизоляция.
Это усложняет устройство, уменьшает входной сигнал и снижает чувствительность устройства, что в конечном счете снижает точность измерений.
Изобретение поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства для определения содержания нерастворенной воды в технических жидкостях.
Устройство содержит емкость 1, выполненную из материала с большим электрическим сопротивлением, в дне которой размещен входной штуцер 2. В верхней части емкости 1 в ее боковой стенке установлен выходной штуцер 3. Емкость 1 сверху закрыта крышкой 4 из теплоизоляционного материала, в центральной части которой размещен акустический приемник 5. Внутренняя часть крышки 4 имеет форму усеченного конуса.
На верхнем краю емкости 1 установлена перфорированная вставка 6 также в виде усеченного конуса. Источник питания для нагрева емкости 1 подключен к ее концам.
Выход акустического приемника 5 присоединен к усилителю 7, своим выходом подключенному к первому входу счетчика 8, ко второму входу которого подключен первый выход таймера 9. Второй выход таймера 9 соединен с регулятором потока 10. Выход счетчика 8 подключен к индикатору 11. Снаружи емкость 1 закрыта теплоизоляцией 12.
Устройство работает следующим образом.
Поток технической жидкости поступает через входной штуцер 2 в емкость 1. После заполнения емкости 1 жидкостью входной штуцер 2 перекрывается регулятором потока 10. После заполнения емкости 1 жидкость нагревается от источника питания, подключенного к концам емкости 1. По мере нагрева и увеличения внутренней энергии каждой капли воды начинается процесс парообразования и по мере повышения температуры образуется пар в оболочке сферической формы, увеличивающейся в размере. В момент, когда давление пара внутри оболочки превысит силу поверхностного натяжения оболочки, происходит разрыв оболочки, что порождает в жидкости затухающие акустические волны, начальная амплитуда которых зависит от размера сферы лопнувшего пузыря, следовательно, и от объема капли воды, из которой образовался пузырь.
Акустические волны в жидкости быстро затухают, а вероятность наложения нескольких акустических волн от разрыва разных пузырей небольшая. Поэтому можно считать, что каждой капли соответствует одна акустическая волна. Акустические волны принимаются акустическим приемником 5, выходные сигналы с которого усиливаются усилителем 7.
Внутренняя поверхность крышки 4 сделана конусной, поэтому крышка 4 выполняет роль рупора, концентрирующего звуковой поток на чувствительный элемент акустического приемника 5.
Водяные пары за счет разности температур конденсируются на внутренней стороне крышки 4. Сконденсированные водяные капли не могут возвратиться в пробу жидкости, так как этому мешает перфорированная конусная вставка 6, проницаемая для пара и не пропускающая воду. Через отверстия водяной пар поступает к крышке, а сконденсированные капли воды оседают на крышке 4, стекают вниз и собираются в месте соединения основания конусной вставки 6 и крышки 4. Удалить воду можно, сняв крышку 4 с емкости 1.
С выхода усилителя 7 электрический сигнал поступает на первый вход счетчика 8, который преобразует амплитуду электрических сигналов в последовательность импульсов, на второй вход счетчика 8 поступает сигнал с таймера 9, который определяет время измерения счетных импульсов. С выхода счетчика 8 счетные импульсы поступают на индикатор 11.
Измеренное количество нерастворенной воды определяется в объеме, содержащемся в емкости 1, и, чтобы перевести результаты контроля на другие объемы, например на объем рабочей емкости в эксплуатации, нужно результат измерения в емкости 1 умножить на отношение объемов рабочей емкости и емкости 1 устройства.
Использование емкости в качестве нагревателя пробы жидкости, а также непосредственное воздействие потока акустических волн на акустический приемник значительно упрощает конструкцию устройства и повышает точность измерений.
Экспериментальные исследования показали, что точность измерений содержания нерастворенной воды в заявленном устройстве повышается на 10-15%.