УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности для измерения и контроля диэлектрической проницаемости (диэлектрической постоянной) жидких и газообразных диэлектрических сред, например, на нефтеперерабатывающих заводах, нефтебазах, а также в системах оперативного измерения и контроля, в частности в полевых условиях (как экспресс-метод), в розничной торговле нефтепродуктами, на автозаправочных станциях, индивидуально автолюбителями и в разного рода технологических процессах.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению и принятым в качестве прототипа является устройство для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред, которое описано в способе измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред, защищенном патентом RU 2251705, G01R 27/26, опубл. 20.06.2004 г.
Указанное устройство для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред выполнено в виде моноблока, включающего как измерительный датчик, представляющий собой пластинчатый цилиндрический конденсатор, работающий от переменного напряжения высокой частоты, так и электронную схему, обрабатывающую результаты измерений. Результаты их обработки отображаются с помощью индикаторного прибора, который вместе со средствами управления также включен в состав указанного моноблока.
Это устройство для измерения диэлектрической постоянной диэлектрических сред, включает в себя элементы в виде блока индикации, измерительного электронного блока, датчика, органы управления, отличающееся тем, что элементы устройства механически и электрически взаимосвязаны между собой и представляют собой моноблок, в котором блок индикации и измерительный электронный блок смонтированы в одном корпусе. Датчик представляет собой цилиндрический пластинчатый конденсатор, который включает цилиндрический корпус, имеющий в основании отверстие для поступления измеряемой среды, а на боковой поверхности, в верхней части, сквозные отверстия для выхода воздуха, внутри корпуса датчика установлены с зазором цилиндрический стакан и цилиндрическая стойка, имеющая в нижней части, с внутренней стороны, фигурную поверхность, а в верхней части, с наружной стороны - упор, при этом датчик содержит кольцо, имеющее в верхней части форму цилиндра, а в нижней - форму усеченного конуса, и которое установлено между корпусом датчика и цилиндрической стойкой на уровне сквозных отверстий, а нижним основанием установлено на упоре цилиндрической стойки. Датчик включает центральный трехступенчатый стержень, установленный с зазором со стойкой, соединенный в нижней части с цилиндрическим стаканом и имеющий по высоте разные диаметры, образующие в верхней части стержня упор, изолирующую втулку, смонтированную в верхней части корпуса и установленную на упоре стержня.
Этому устройству присущи следующие недостатки:
- его трудно использовать в стационарных установках и процессах, поскольку прибор рассчитан на разовые измерения при наличии исследуемых контрольных проб;
- детали датчика имеют сложную форму, усложняющую технологию их изготовления и картину электрических полей внутри конденсатора, которые в свою очередь затрудняют расчеты;
- элементы датчика недостаточно жестко фиксированы, что увеличивает ошибки измерений;
- пластины конденсатора размещены близко друг от друга, что увеличивает возможность быстрого засорения пространства между ними механическими примесями исключающими дальнейшее функционирование образца без выполнения профилактических мероприятий.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных показателей за счет повышения точности измерений и достоверности результатов измерений при снижении уровня наводок и улучшения стабильности выходных сигналов в процессе непрерывного измерения диэлектрической проницаемости жидких и газообразных диэлектрических сред.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред жидкого или газообразного состояния, содержащем корпус, в нижней части которого размещены образующие пробозаборник пластины конденсатора, изолированные от корпуса, в котором выполнены отверстия для ввода диэлектрической среды и ее вывода через отверстия в боковой стенке, а так же электронный измерительно-вычислительный блок, связанный контактами с пластинами конденсатора и источником питания, корпус выполнен металлическим цилиндрической формы с поперечной перегородкой внутри, разделяющей корпус на две камеры, каждая из которых закрыта отдельной крышкой с центральным отверстием для доступа к полости камер, в одной камере размещены изолированные от корпуса пластины конденсатора, выполненные цилиндрической формы каждая, которые концентрично и с большим зазором относительно друг друга расположены в этой камере и связаны со штыревыми контактами изолированно закрепленными в перегородке для присоединения к печатной плате электронного измерительно-вычислительного блока, смонтированного в другой камере, при этом крышка со стороны камеры для размещения электронного измерительно-вычислительного блока выполнена с закрепленной на крышке напротив центрального отверстия втулкой для пропуска герметизированного уплотнением кабеля питания этого блока и съема информационного сигнала, а кабель в зоне ввода в корпус размещен в отдельной трубке, введенной во втулку и зафиксированной от перемещения в этой втулке.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена схема устройства для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред.
Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция устройства для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред, жидкого или газообразного состояния, которое в идее погружного датчика, например, может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве переносного или стационарного устройства для оперативного метода экспресс идентификации партий светлых нефтепродуктов в процессе их реализации. Этот датчик устанавливается в емкость с нефтепродуктом стационарно и позволяет идентифицировать товарный нефтепродукт по характерному только для этого вида(марки)продукта углеводородному составу.
Настоящее изобретение рассматривается на примере нефтепродукта, но работа устройства сохраняется и в газообразной среде.
В настоящее время невозможность автоматизировать процесс идентификации моторных топлив при их реализации потребителю (невозможно измерения параметров идентификационного и октанового числа без повсеместного отбора контрольных проб). Задачей, на решение которой направлено изобретение, является возможность обеспечения 100%-го корпоративного и зонального контроля соответствия качества выданным сертификатам, путем идентификации всех потоков (партий) моторных топлив от изготовителя до колонки АЗС без отбора контрольных проб анализируемого продукта. Данная задача решается за счет того, что погружной датчик (анализатор) включает оболочку для элементной базы и пробозаборник цилиндрической формы, которые соединены между собой резьбовым соединением в единый модуль, который и опускается непосредственно в емкость с анализируемым продуктом и служит измерительным и передающим устройством. Вторая часть - устройство по отображению результатов полученных данных - выполнена в виде кристаллического дисплея или монитора компьютера, размещенных в диспетчерском пункте предприятия, компании или зонального органа по сертификации (не показана). Также возможно передавать данную информацию в виде радио сигналов и SMS сообщений.
В общем случае, изобретение рассматривает конструкцию устройства, которое можно представить в следующем алгоритме исполнения:
- корпус выполнен металлическим цилиндрической формы с поперечной перегородкой внутри, разделяющей корпус на две камеры, каждая из которых закрыта отдельной крышкой с центральным отверстием для доступа к полости камер;
- в одной камере, выполненной с боковыми отверстиями, размещены изолированные от корпуса пластины конденсатора, выполненные цилиндрической формы каждая, которые концентрично и с зазором относительно друг друга расположены в этой камере и связаны со штыревыми контактами изолированно закрепленными в перегородке для присоединения к печатной плате электронного измерительно-вычислительного блока;
- электронный измерительно-вычислительный блок смонтирован в другой камере, при этом крышка со стороны камеры для размещения электронного измерительно-вычислительного блока выполнена с закрепленной на крышке напротив центрального отверстия втулкой для пропуска герметизированного уплотнением кабеля питания этого блока и съема информационного сигнала;
- кабель в зоне ввода в корпус размещен в отдельной трубке, введенной во втулку и зафиксированной от перемещения в этой втулке.
Ниже рассматривается конкретное исполнение устройства согласно настоящего изобретения.
Устройство (фиг.1) включает электронный измерительно-вычислительный блок 1 и пробозаборник 2. Все элементы устройства размещены в общем цилиндрической формы корпусе 3 (в частном варианте, выполнен из латуни для снижения агрессивного воздействия со стороны нефтепродукта), который внутри разделен поперечной перегородкой, разделяющей полость корпуса на две камеры. Компоненты электронного измерительно-вычислительного блока смонтированы в одной цилиндрической формы камере со стороны подвода кабелей 4, а элементы пробозаборника - в другой камере, которая с торца закрывается завинчивающейся крышкой 5, выполненной с центральным отверстием 6 в дне для пропуска внутрь пробозаборника нефтепродукта. На боковой стенке корпуса на участке расположения элементов пробозаборника выполнены отверстия 7 для выхода нефтепродукта.
В полости корпуса в пробозаборнике смонтированы на расстоянии друг от друга пластины 8, представляющие конденсатор емкостью 200 пкф, эти пластины выполнены цилиндрической формы, расположены коаксиально (вдоль образующей цилиндра корпуса) друг другу и изолированы между собой по торцевым частям в корпусе со стороны перегородки 9 и крышки 5 с центральным отверстием капралоновыми шайбами 10. Таким образом, пластины конденсатора прямо не связаны между собой, изолированы от корпуса указанными шайбами и могут взаимодействовать только в условиях опосредованного взаимодействия через среду (например, нефтепродукт), протекающий между пластинами. В пластинах выполнены отверстия 11 для пропуска нефтепродукта в направлении от центрального отверстия 6 в крышке 5 до отверстий 7 в боковой стенке корпуса для обеспечения беспрепятственного протока нефтепродукта при измерении его параметров в перемещающемся потоке или при перемещении погружного датчика в стационарной емкости.
В перегородке 9 корпуса изолировано закреплены две металлические шпильки 12, выполняющие функцию штыревых контактов: одна шпилька связана жестко с одной пластиной, другая шпилька через проходную втулку 13 (для изоляции от корпуса) связана жестко с другой пластиной, а концы шпилек выведены через перегородку в полость другой камеры и являются контактами 14 для связи с электронными компонентами электронного измерительно-вычислительного блока, выполненными в виде по крайней мере одной печатной платы 15 с микропроцессором или нескольких плат и расположенными изолированно в камере 16, которая закрывается завинчивающейся крышкой 17 для исключения проникновения среды в полость этой камеры.
В этой крышке выполнено центральное отверстие для пропуска кабеля/кабелей 4 к печатным платам 15 электронного измерительно-вычислительного блока. Кабели попущены через трубчатый ввод в виде выполненной снаружи крышки втулки 18, жестко связанной с крышкой 17 напротив отверстия в ней. В полости этой втулки кабель 4 герметизирован резиновым кольцом 18, охватывающим кабель и поджимающим к стенке втулки с одновременным уплотнением зазоров для исключения проникновения среды в полость второй камеры через трубчатый кабельный ввод. Кабель уложен в трубку 19, которая введена в полость втулки до упора в уплотнение. Снаружи трубка с кабелем во втулке зафиксирована контргайкой 20 или иными крепежными элементами для исключения перемещения кабеля вдоль втулки и трубки с кабелем вдоль втулки.
Кабель может быть компонентный и содержать жилы питания (например, 9V) 21, связанные с внешне расположенным источником питания, и жилы проводов 22, образующих информационный канал для связи с блоком индикации (не показан). Обе жилы могут быть выполнены в виде отдельных кабелей.
Устройство работает следующим образом.
Заявленный прибор - электронный, автоматизированный, предназначен для измерения и контроля прямым экспресс-методом комплексного соответствия состава фракций измеряемых газо- и нефтепродуктов, вязкостью до 10 сантистоксов, его контрольному образцу по диэлектрической проницаемости. Прибор позволяет контролировать нефтепродукты (бензины любой марки, авиационный керосин, дизельное топливо и другие углеводородные продукты) на соответствие эталонному образцу, по диэлектрической проницаемости тестированных нефтепродуктов, например, по «ГЕПТАНУ». Численные значения измеряемых величин считываются непосредственно на дисплее или мониторе компютера в условных единицах.
Перед измерением производят следующее. Включают блок питания прибора и блок компютера в сеть (220V). Выключатель питания на передней панели переключают на включение (положение «ВКЛ»). Прибор погружают в емкость с исследуемой жидкостью. Програмное обеспечение позволяет фиксировать диэлектрическую проницаемость измеряемой жидкости в условных единицах в любое заданное время.
Калибровку прибора следует выполнять перед установкой прибора в емкость. С целью исключения засорения датчика механическими примесями, все отверстия предназначавшиеся для циркуляции измеряемой жидкости закрываются латунной сеткой с ячейкой не более 1 мм. Заявленный погружной датчик имеет следующие преимущества и отличия относительно прототипа:
- его действие по измерению заданных параметров является беспрерывным, а отсутствие необходимости отбора контрольных проб переводит режим его работы в автоматический.
- элементная база перемещена из пластмассового корпуса в герметичную оболочку.
- центральный стержень заменен пластиной.
- все пластины, представляющие конденсатор погружного датчика, выполнены цилиндрической формы, изолированы между собой капралоновыми шайбами и составляют емкость 200 пкф.
- все узлы датчика скреплены между собой винтами и крышками.
- ввод кабеля для подачи питания на датчик и снятия с него сигнала выполнен через трубный ввод.
Указанные конструктивные особенности позволяют выполнить погружной датчик во взрывозащищенном исполнении.
Основными преимуществами заявленного технического решения устройства для измерения и контроля диэлектрической проницаемости диэлектрических сред являются:
- повышение точности измерений;
- снижение уровня наводок;
- достижение высокого уровня стабильности и улучшение качества выходных сигналов для измерения и контроля диэлектрической проницаемости;
- обеспечение возможности использования устройства в более широкой области применений в широком диапазоне жидких и газообразных диэлектрических сред.
Заявленное устройство для измерения и контроля диэлектирческой проницаемости диэлектрических сред положительно прошло испытания на нескольких автозаправочных станциях и получило рекомендацию на его серийное производство для использования по назначению.