Первинний вимірювальний перетворювач вологості нафтопродуктів

Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання вологості нафтопродуктів та інших рідин з діелектричними властивостями. Відомий датчик вологості нафтопродуктів, що являє собою систему струмових та потенційних електродів з гідрофобним покриттям, закріплену всередині двох діелектричних кілець, розміщених на різних кінцях цієї системи. Сама система струмових та потенційних електродів складається з плоских пластин однакової довжини та різної ширини і зафіксована на діелектричних перемичках. Непарна частина діелектричних перемичок закріплена у нижньому діелектричному кільці та у нижній осі і щільно входить у пази верхньої осі та верхнього діелектричного кільця, а парна частина діелектричних перемичок закріплена у верхньому діелектричному кільці та у верхній осі і щільно входить в пази нижнього діелектричного кільця та нижньої осі. Струмові електроди системи електродів зафіксовані в непарних перемичках і щільно входять у відповідні пази, розміщені на парних перемичках, а потенційні електроди зафіксовані в парних перемичках і щільно входять у відповідні пази, розміщені на непарних перемичках. Крім того нижня вісь споряджена центральним некрізним отвором з мікрометричною різьбою, куди загвинчений циліндричний вал з ручкою, який в свою чергу зафіксований у верхній осі за допомогою підшипників. [Пат. України № 69824, G01N27/22, 2004, бюл. №9]. Недолік даного пристрою полягає в тому, що компенсація сортової похибки під час вимірювання здійснюється вручну шляхом обертання циліндричного валу для вертикального переміщення струмових електродів відносно потенційних. Зважаючи на те, що склад зневоднених нафтопродуктів і, як наслідок, діелектрична проникність може змінюватись у значних межах і урахувати всі варіанти цих змін переміщенням струмових електродів відносно потенційних неможливо, запропонований прийом компенсації сортової похибки для більшості випадків не забезпечить високої точності вимірювань. Крім того, причиною низької точності даного датчика вологості є вплив на результати вимірювань паразитних ємностей, струмів витоку та крайових ефектів. Найбільш близьким до запропонованого є ємнісний датчик вологості, що являє собою систему електродів з гідрофобним покриттям, де частину електродів виконано у формі V-подібних пластин. Решта пластин має трапецієвидну форму, причому пластини трапецієвидної форми з'єднані парами таким чином, щоб у місці прилягання пластин кожної пари зазор між пластинами був відсутнім, а сама система електродів закріплена всередині двох однакових діелектричних кілець, розміщених на різних кінцях системи електродів. [Пат. України № 51222, G01N27/22, 2004, Бюл. №10]. Недоліками пристрою є низька точність вимірювання вологості через наявність сортової похибки, яка не компенсується взагалі, а також негативний вплив паразитних ємностей, крайових ефектів та струмів витоку. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності вимірювання вологості. Для досягнення визначеної мети пропонується первинний вимірювальний перетворювач вологості нафтопродуктів, що являє собою систему електродів з гідрофобним покриттям, де частину електродів виконано у формі V-подібних пластин, а решта пластин має трапецієподібну форму, причому пластини трапецієподібної форми з'єднані парами таким чином, щоб у місці прилягання пластин кожної пари зазор між пластинами був відсутнім, а сама система електродів закріплена всередині двох однакових діелектричних кілець, розміщених на різних кінцях системи електродів, в якому, згідно з винаходом, одне з діелектричних кілець закріплене у діелектричній втулці, в якій також вмонтовано давач температури, а діелектрична втулка зафіксована у нижній частині циліндричного корпусу, де також змонтовано термоелектричний холодильник, причому виходи давача температури підключені до блоку керування , що своїм виходом з'єднаний з електронним ключем, входи котрого підключені до блоку живлення, а виходи під'єднані до контактів термоелектричного холодильника. Використання давача температури та термоелектричного холодильника, керованих блоком керування, дозволили заморожувати проби нафтопродуктів до фіксованої температури, вимірювати діелектричну проникність піддослідної рідини у початковому (рідкому) та замороженому станах і у такий спосіб компенсувати додаткові похибки від зміни сорту нафтопродукту, струмів витоку первинного вимірювального перетворювача вологості нафтопродуктів та ін. На Фіг.1 зображено функціональну схему первинного вимірювального перетворювача вологості нафтопродуктів. На Фіг.2 зображено систему електродів з гідрофобним покриттям, закріплену у діелектричних кільцях. Первинний вимірювальний перетворювач вологості нафтопродуктів складається з системи електродів з гідрофобним покриттям 1, яка закріплена всередині двох однакових діелектричних кілець 2, розмішених на різних кінцях системи електродів 1. Одне з діелектричних кілець 2 закріплене у діелектричній втулці 3, в якій також вмонтовано давач температури 4. Діелектрична втулка 3 зафіксована у нижній частиш циліндричного корпусу 5, на нижній частині котрого змонтовано термоелектричний холодильник 6. Виходи давача температури 4 підключені до блоку керування 7, що своїм виходом з'єднаний з електронним ключем 8. Входи електронного ключа 8 підключені до блоку живлення 9, а виходи під'єднані до контактів термоелектричного холодильника 6. Пристрій працює наступним чином. Система електродів з гідрофобним покриттям 1, закріплена всередині двох однакових діелектричних кілець 2, заповнюється піддослідним нафтопродуктом. Втулка 3 фіксує систему електродів з гідрофобним покриттям 1 і давач температури 4 у циліндричному корпусі 5, Перед вимірюванням корпус 5 заповнюється піддослідним нафтопродуктом. Діелектрична проникність міжелектродного простору системи електродів з гідрофобним покриттям 1 зросте, також зросте її електрична ємність, яка фіксується вторинним приладом (на фігурі не наведений). Після здійснення вимірювання цієї електричної ємності вторинним приладом на термоелектричний холодильник 6 за допомогою блоку керування 7 через електронний ключ 8 подається стала напруга з блоку живлення 9. Піддослідний нафтопродукт починає охолоджуватись. Охолодження піддослідної проби виконується до фіксованої від'ємної температури у такий спосіб, щоб наявна у піддослідному нафтопродукті вода змінила свій стан з рідкого на твердий, тобто кристалізувалась. При цьому температура піддослідної проби безперервно контролюється давачем температури 4. У момент досягнення потрібного значення від'ємної температури знову фіксується електрична ємність системи електродів з гідрофобним покриттям 1 за допомогою вторинного приладу, після чого блок керування від'єднує блок живлення 9 від термоелектричного холодильника 6. До вторинного приладу передаються значення електричних ємностей системи електродів з гідрофобним покриттям відповідно у початковому та замороженому станах. Зважаючи на те, що діелектрична проникність води дорівнює 81, а льоду 3,1, електрична ємність системи електродів з гідрофобним покриттям 1 із замороженим нафтопродуктом усередині істотно зменшиться. Обчислити вологість піддослідної проби на основі двох значень електричної ємності можна за виразом: C рідк Wн = ln ; С зам С рідк ù é ú ê 3W ú; = Ke 0 e н ê1 + ú ê e в + 2e н - Wú ê eв - eн û ë ù é ú ê 3W ú; С зам = Ke 0 e н ê1 + ú ê e л + 2e н -Wú ê e л - eн û ë де Срідк - електрична ємність системи електродів з гідрофобним покриттям у початковому стані; Сзам - електрична ємність системи електродів з гідрофобним покриттям у замороженому стані; К - коефіцієнт, що характеризує форму електродів конденсатора та відстань між ними; e0 - діелектрична константа; eн - діелектрична проникність чистого нафтопродукту; W - об'ємний вміст води; eв - діелектрична проникність води; eл - діелектрична проникність льоду.