СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА И ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ЕГО РЕЛАКСАЦИИ В ПОТОКЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ
METHOD TO MEASURE DENSITY OF VOLUME CHARGE AND CONSTANT OF TIME OF ITS RELAXATION IN FLOW OF DIELECTRIC FLUID

Предлагаемое 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.
Известен способ измерения плотности объемного заряда в потоке нефтепродуктов, при котором выделяют электроизолированный отрезок основного трубопровода, измеряют ток релаксации объемного заряда жидкости на этом участке и определяют плотность объемного заряда в жидкости по формуле
0
ρ=iγ/εεV,
где
ρ - плотность объемного заряда жидкости;
i - ток релаксации объемного заряда, заключенного в выделенном участке трубопровода;
γ - электропроводность перекачиваемой жидкости;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость этой жидкости;
0
ε - диэлектрическая постоянная;
V - объем жидкости в электроизолированном участке трубопровода (Максимов Б.К. и др., Универсальный стенд для исследования электризации авиационных топлив. «Электричество», 1971, №12, с. 73-76).
Недостатком этого способа 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 о диэлектрической проницаемости нефтепродукта.
Известен измеритель объемного заряда в потоке нефтепродуктов, реализующий способ, при котором также выделяют электроизолированный участок основного трубоповода, 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 входом измерителя напряжения, а плотность объемного заряда определяют по формуле
ρ=CU/V,
где
ρ - плотность объемного заряда;
С - 'электрическая емкость между электродами;
U - напряжение на указанном втором электроде относительно земли (А.С. № 524130 - основной аналог).
Недостатком этого способа является невозможность одновременно измерять постоянную времени релаксации объемного заряда топлива.
Целью предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей, а именно возможность одновременного контроля плотности объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости.
Поставленная цель достигается за счет того, что 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.
На фигуре изображена блок-схема измерения предлагаемым способом. Схема содержит электроизолированный участок 1 основного трубопровода 2, дополнительный резервуар 3, заполненный перекачиваемой жидкостью 4, электроды 5 и 6, измеритель тока 7, измеритель напряжения 8, вычислительное устройство 9 и индикатор 10.
Внутри дополнительного резервуара 3 помещены два электрода 5 и 6, один из которых 6 подключен ко входу измерителя напряжения 7, а также через измеритель тока 7 к электроизолированному отрезку 1 основного трубопровода 2. Второй электрод 5 заземлен. Выходы измерителей 7 и 8 подключены ко входу вычислительного устройства 9, а выход последнего к индикатору 10.
Измерение предлагаемым способом основано на следующем. Заряд q, содержащийся в объеме жидкости, ограниченном участком 1 трубопровода, создает ток релаксации i, текущий на стенки этого участка и равный
i=q/τ=εε<sub>0</sub>/γ,
(1)
где
i - ток релаксации;
q - заряд в объеме, ограниченном отрезком 1;
τ - постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости;
γ - электропроводность жидкости;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости;
0
ε - диэлектрическая постоянная.
Ток i, равный q/τ, протекает на землю через электрическое сопротивление R между электродами 5 и 6, создавая напряжение U, равное
U=iR
(2)
Величина электрического сопротивления R между электродами определяется выражением
R=k/γ,
(3)
где
k - конструктивный коэффициент.
При этом электрическая емкость С между электродами 5 и 6 определяется выражением
С=εε<sub>0</sub>/k,
(4)
где
k - тот же самый конструктивный коэффициент.
С учетом выражений (1)…(3) получаем
q=CU
(5)
откуда плотность объемного заряда ρ в потоке жидкости
ρ=CU/V,
(6)
где
V - объем жидкости в участке 1.
0
Постоянная времени релаксации объемного заряда жидкости τ=εε/γ может быть определена из условий (1), (3) и (4)
τ=εε<sub>0</sub>/γ=RC=UC/I
(7)
Значение величины электрической емкости между электродами 5 и 6 при заполненном перекачиваемой жидкостью резервуаре 3 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 значении 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, а именно возможность одновременного контроля объемного заряда и постоянной времени его релаксации в потоке диэлектрической жидкости. При этом предлагаемый способ дает возможность создания устройств для конкретных условий перекачки и размеров заполняемых емкостей.