ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ (ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ) И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ) ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА

Предлагаемое решение относится к средствам измерения физико-химических параметров веществ и может быть использовано для контроля состава и качества жидких, а также газообразных сред.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого решения выбран первичный преобразователь, используемый для определения электрической емкости (диэлектрической проницаемости) и электрического сопротивления (удельной электропроводности), преимущественно жидкости - нефтепродуктов и описанный в патенте RU 2339936. Первичный преобразователь, описанный в RU 2339936, состоит из пластинчатых электродов, погружаемых в контролируемую среду, образующих электрический конденсатор. Пластинчатые электроды расположены на противоположных сторонах диэлектрической подложки и включают электрод воздействия, соединенный с источником переменного электрического напряжения, и электрод измерения, подключенный к преобразователю токового сигнала. С зазором относительно электродов воздействия и измерения расположен кольцевой экранный электрод, соединенный с источником электрического тока. Конструкция описанного выше преобразователя не позволяет получить достаточно высокой точности измерения одновременно двух перечисленных электрофизических характеристик, обеспечивающих промышленное применение в системах непрерывного контроля физико-химических показателей качества жидких материалов.
Предлагаемое решение позволит предложить первичный преобразователь, обеспечивающий высокую точность и стабильность измерений, как электрической емкости (диэлектрической проницаемости), так и электрического сопротивления (удельной электропроводности), отличающийся простотой конструкции, надежностью и, как следствие, пригодный для контроля качества и состава любой жидкой, а также газовой среды.
Технический результат достигается при использовании первичного преобразователя для измерения электрической емкости (диэлектрической проницаемости) и электрического сопротивления (удельной электропроводности). Преобразователь состоит из пластинчатых электродов, погружаемых в контролируемую среду многокомпонентного состава (эмульсию, например, жидкий нефтепродукт, раствор, например, этилового спирта и т.п.), образующих электрический конденсатор и включающих электрод воздействия, соединенный с источником переменного электрического напряжения, и электрод измерения, подключенный к преобразователю токового сигнала. В состав первичного преобразователя входят также два защитных экранных электрода, подключенных к источникам электрического напряжения, эквипотенциальным электроду воздействия и электроду измерения соответственно. Согласно предложенному решению электрический конденсатор образован тремя пластинчатыми электродами: двумя наружными электродами воздействия, и внутренним электродом измерения, расположенным между электродами воздействия с зазором относительно этих электродов. Периферийные экранные электроды расположены по периметру каждого из пластинчатых электродов воздействия и электрода измерения. Параметры электрического напряжения, подаваемого на экранные электроды, форма и взаимное расположение электродов воздействия и электрода измерения, с соответствующими экранными электродами отвечают условиям обеспечения ламинарного электрического поля в зоне измерения. Пластинчатые электроды могут быть выполнены в форме круглого или эллипсовидного диска или же в форме многоугольника. Пластинчатые электроды могут быть образованы проводящей пленкой, нанесенной на пластины из диэлектрического материала, например, стекла или керамики, а экранные электроды отделены от электродов воздействия и электродов измерения изолятором (изоляционным кольцом), выполненным травлением или проточкой. Преобразователь может являться частью системы преобразователей, распределенных по емкости заполненной контролируемой средой.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
1-1
1-2
2
1
2
1-1
1-2
2
1
2
1-1
1-2
2
1
2
1-1
1-2
2
1
2
1
2
1-1
1-2
2
Преобразователь состоит из трех пластинчатых электродов 1, 1, 2, образующих электрический конденсатор и погружаемых в контролируемую среду многокомпонентного состава, которой может являться эмульсия, например, жидкий нефтепродукт, раствор, например, этилового спирта, какая-либо иная среда, требующая контроля качества. Пластинчатые электроды 1, 1, 2 электрического конденсатора образованы: двумя электродами воздействия 1, 1 и электродом измерения 2, расположенным между электродами воздействия с зазором относительно этих электродов 1, 1. Электроды воздействия 1, 1, соединены с источником электрического напряжения 4, электрод измерения 2, подключен к преобразователю токового сигнала 5. По периметру каждого из электродов воздействия 1, 1 и электрода измерения 2 расположены экранные электроды 3, 3, 3, образующие «кольцо» или «рамку» для соответствующего электрода воздействия 1, 1 или электрода измерения 2, экранные электроды 3, 3, 3 соединены с источниками электрического напряжения. Форма и взаимное расположение электродов воздействия 1, 1 и электрода измерения 2, с соответствующими экранными электродами 3, 3, 3 отвечают условиям обеспечения ламинарного электрического поля в зоне измерения, и выбираются, в том числе в зависимости от контролируемой среды. Пластинчатые электроды 1, 1, 2 с экранными электродами 3, 3, 3 могут быть выполнены произвольной формы, преимущественно круглого или эллипсовидного диска или же в форме многоугольника. Пластинчатые электроды 1, 1, 2 могут быть образованы металлической пленкой, нанесенной на пластины из диэлектрического материала, например, стекла или керамики, а экранные электроды 3 при этом будут отделены от электродов воздействия 1, 1 и электродов измерения 2 изолятором (изоляционным кольцом) 6, 6, 6, выполненным травлением или проточкой. Такая конструкция электродов обеспечивает повышенную стабильность характеристик преобразователя в широком диапазоне рабочих температур и, как следствие, повышенную точность и стабильность измерений. Преобразователь может являться частью системы преобразователей, распределенных по емкости заполненной контролируемой средой.
1
2
1
2
1
2
1
1-1
1-2
1
2
1
2
3
Первичный преобразователь помещается с использованием средств крепления 7 в контролируемую среду до полного погружения в нее пластинчатых электродов 1, 1, 2 - жидкость в таком случае находится в промежутке между электродами воздействия 1, 1 и электродом измерения 2, являющимися обкладками конденсатора. На электроды воздействия 1, 1 от источника напряжения 4 подается синусоидальное напряжение заданной частоты и амплитуды, на экранные электроды 3, 3, соответствующие электродам воздействия 1, 1 от источника тока 4 подается напряжение повторяющее напряжение воздействия. На экранный электрод 3, соответствующий электроду измерения 2 источника тока 4 подается напряжение, соответствующее напряжению на электроде измерения. По величине электрического тока, снимаемого с электрода измерения 2 и обрабатываемым в преобразователе сигнала 5, и величине электрического напряжения на электроде воздействия определяется электрическая емкость и электрическая проводимость по которым, по известным зависимостям определяется диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность. Полученные данные используются для выводов о составе и качестве контролируемой среды. Ламинарность электрического поля обеспечивается исходя из взаимного расположения электродов и потенциалов экранных электродов 3, в результате снижается влияние паразитных параметров подсоединительных проводов и минимизируется погрешность измерения первичного преобразователя.
Таким образом, предложен первичный преобразователь, который может быть использован для надежного и качественного контроля жидких и газовых сред.