Чутливий конденсаторний елемент пристрою безперервного контролю вологості нафтопродуктів

Чутливий конденсаторний елемент, що містить чотири електроди, що утворюють робочу порожнину, через яку пропускається контрольований нафтопродукт, і в якому одна пара потенційних електродів, які є протилежними, включена у вимірювальну схему а друга пара електродів із нульовим потенціалом заземлена який відрізняється тим, що електроди з нульовим потенціалом являють собою суцільний відрізок металевої труби технологічно необхідної довжини, в якому виконано протилежно розташовані вікна для розміщення в них потенційних електродів, внутрішній діаметр цієї деталі дорівнює внутрішньому діаметру технологічного трубопроводу, друга пара потенційних електродів являє собою прямокутні пластини, що мають у поперечному перерізі дугоподібну форму і виконані із труби тих же поперечних розмірів, що й електроди з нульовим потенціалом, потенційні електроди разом з електродами з нульовим потенціалом у поперечному перерізі утворюють коло і займають однакові чотири сектори цього кола, ці три деталі кріпляться на внутрішній поверхні основи, що являє собою відрізок труби із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу, між потенційними і заземленими електродами зроблено зазори, які також заповнюються ізолятором, уся ця конструкція розміщується в корпусі, який являє собою відрізок металевої труби стандартних поперечних типорозмірів із фланцями, кріплення деталей до корпусу здійснюється за допомогою чотирьох гвинтів з потайними головками, які вводять зсередини труби датчика (електроди з нульовим потенціалом) і закріплюють їх зовні гайками через шайбу із м'якого металу, електричний контакт з потенційними електродами здійснюється також за допомогою гвинтів з потайними головками, які вводять зсередини труби датчика від потенційних електродів, на гвинти надівають ІЗОЛЯЦІЙНІ втулки і закріплюють зовні корпуса датчика гайками, за допомогою яких виведено коаксіальні з'єднання з вимірювальною схемою Винахід на корисну модель відноситься до галузі нафтогазової промисловості і може бути використаним у пристроях безперервного визначення вмісту води у нафтопродуктах, які транспортуються трубопроводом ВІДОМІ пристрої, наприклад, "Первинний вимірювальний перетворювач об'ємної частини води у нафті ПИП-ВСН" (див Руководство по эксплуатации ПИП-ВСН 01 00 00 Р9), які призначені для безперервного контролю відносної вологості нафти Первинний вимірювальний перетворювач ПИП-ВСН містить в собі дві плати автогенераторів, одну плату мікропроцесорного пристрою і ємнісний коаксіальний датчик, якій є елементом коливального контуру автогенератора Корпус первинного вимірювального перетворювача зроблено із трубі стандартного діаметру з фланцями на й торцях для приєднання до технологічного трубопроводу Коаксіально розташований електрод датчика складається з двох частин, яки (обидві частини електрода) мають діелектричне покриття і механічно зв'язані між собою за допомогою ІЗОЛЯЦІЙНОГО з'єднання (проставки), торцеві частини електродів мають діелектричні обтічники За допомогою металевих стрижнів, розміщених в ізоляторах, кожна з частин центрального ізольованого електрода приєднана до плати свого автогенератора При протіканні по трубопроводу, і ВІДПОВІДНО через датчик, нафтопродукту з різною вологістю змінюється значення діелектричної проникності нафтопродукту і змінюються величини ємностей датчика і значення частот, які генеруються автогенераторами Далі сигнали оброблюються по ВІДПОВІДНИХ програмах у мікро 3044 процесорнім устрої Значення частот, що генеруються автогенераторами, несуть інформацію про відносну вологість нафтопродукту Основним недоліком описаного первинного перетворювача є те, що він може бути включений тільки в автогенераторну схему вимірювання, яка має значно меншу точність вимірювання, ніж мостові схеми Вважаючи на те, що до корисної ємності датчика додається ємність лінії з'єднання, автогенератори розміщуються у безпосередній близькості від датчика для того, щоб зменшити її вплив Це, у свою чергу, призводить до необхідності розміщення всієї електронної частини устрою безпосередньо на корпусі датчика Таким чином, пристрій експлуатується в природних (польових) умовах, що знижує точність вимірів Для забезпечення роботи пристрою до нього підводяться ланцюги живлення, які повинні мати іскрозахист, тому що пристрій розміщений на нафтопроводі Датчик розглянутого пристрою не є стійкий до забруднень, наявність яких змінює значення діелектричної проникності, що вимірюється Для зменшення впливу забруднень потрібно періодичне обслуговування датчика Крім того, незважаючи на наявність на центральному електроді обтічників, конструкція датчика усе ж створює перешкоду протіканню рідини, що потребує зайвих витрат енергії на транспортування рідини і створює умови для більш швидкого забруднення проточної частини Найбільш близьким по технічній сутності до пристрою, що заявляється, є датчик, що використовується у "Пристрої для безперервного контролю вологості нафтопродуктів, які транспортуються трубопроводом", (декл патент України №50133А, авт Малаховський Є І , Козлов А П і ін) Використовуваний у цьому пристрої чутливий конденсаторний елемент, через порожнину якого проходить контрольований нафтопродукт, виконаний із чотирьох плоских електродів, що у поперечному перетині утворюють квадрат Одна пара протилежних електродів підключено до вимірювальної схеми, а інша пара протилежних електродів заземлена Така конструкція утворює конденсатор із перехресними зв'язками При рівності перехресних зв'язків, ВІДПОВІДНО ДО теореми Лэмпарда, ємність такого конденсатора залежить тільки від одного розміру, тобто його довжини Зміна площі поперечного перетину при незмінної довжині датчика не змінює значення його електричної ємності Ця властивість дозволяє створювати конструкції датчиків для різних витрат контрольованої рідини не переналагоджуючи вимірювальну схему Експериментальне встановлено, що такий датчик також дуже стійкий до забруднень, тому що ці забруднення практично не змінюють величин перехресних ЗВ'ЯЗКІВ та їхню рівність Чутливий конденсаторний елемент виконаний у вигляді набору плоских фасонних деталей, що скріплені стягуючими болтами в жорстку єдину конструкцію Вимірювання інформаційної ємності виконується мостовою вимірювальною схемою, у якій ємність чутливого конденсаторного елемента з контрольованим нафтопродуктом порівнюється з еталонною ємністю повітряного конденсатора Со Відомо, ЩО діелектрична проникність повітря дуже стабільна у широкому діапазоні температур і дорівнює єв=1,00059, тобто близька до одиниці і може бути використана як зразкова міра Таким чином інформаційна ємність датчика дорівнює С д = є в С о є н , тобто пропорційна діелектричної проникності є н контролюємого нафтопродукту Відсотковий ЗМІСТ ВОДИ розраховується по відомих формулах Чутливий конденсаторний елемент підключено у вимірювальний міст по трьохконтактній схемі, завдяки чому ємність з'єднувальних кабелів практично не впливає на інформаційну ємність і довжина кабелів може досягати значних розмірів (до 500м) Див , наприклад, «Трансформаторные измерительные мосты» Под общей ред чл корр АН СССР Карандеева К Б , Энергия, М 1970 Недоліком конструкції такого датчика є те, що для вбудовування його в існуючи трубопроводи необхідно істотно збільшити його габарити, а ВІДПОВІДНО і вагу, що призведе до складності його виготовлення і наступної експлуатації Використання ж датчика прийнятних розмірів можливо тільки при відносно малих витратах нафтопродукту, що транспортується, при цьому необхідно розробити конструкцію стикувальних вузлів вбудовування в круглий трубопровід Крім того, маючи збірну конструкцію у вигляді набору плоских фасонних металевих і ІЗОЛЯЦІЙНИХ пластин та герметизуючих прокладок важко домогтися необхідної герметичності при високих рівнях тиску Таким чином, конструктивні особливості цього датчика не дозволяють у ряді випадків використовувати переваги вимірювального конденсатора з перехресними зв'язками Запропонована корисна модель вирішує задачу використання чутливого конденсаторного елементу на трубопроводах з будь-якими рівнями тиску та витрат робочого середовища Суть корисної моделі полягає в тому, що чутливий конденсаторний елемент теж містить чотири електроди, що утворюють робочу порожнину, через яку пропускається контрольований нафтопродукт, і в якому одна пара потенційних електродів, які є протилежними, включена у вимірювальну схему, а друга пара електродів із нульовим потенціалом заземлена, але конструкцію побудовано з нижченаведених міркувань Згідно теореми Лемпарда форма поперечного перетину електродів конденсатора з перехресними зв'язками не впливає на його властивість залежати тільки від його довжини, важлива лише рівність перехресних зв'язків ВІДОМІ ІНШІ пристрої, наприклад конденсатор змінної ємності надмалих значень, діапазон 0 10"2пф, які побудовані на цьому принципі У цьому пристрої застосовано циліндричні електроди, які в поперечному перетині симетрично розташовані по колу і підключені у схему вимірювання аналогічно вищевказаному Таким чином форма поперечного перетину електродів конденсатора з перехрес 3044 ними зв'язками може бути довільною Беручи до уваги вищенаведене конструкцію чутливого конденсаторного елемента побудовано таким чином Вважаючи на те, що електроди з нульовим потенціалом електрично являють собою єдиний провідник, то конструктивно їх виконують у вигляді цільного відрізку металевої труби з протилежно розташованими вікнами для розміщення в них потенційних електродів Потенційні електроди виконують з труби тих же поперечних розмірів, що й електроди з нульовим потенціалом, і вони являють собою прямокутні пластини, що мають у поперечному перетині дугоподібну форму і разом з електродами з нульовим потенціалом у поперечному перетині утворюють коло і займають однакові чотири сектори цього кола Ці три деталі кріпляться на внутрішній поверхні основи, що являє собою відрізок труби із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу Уся ця конструкція розміщується в корпусі чутливого конденсаторного елемента, якій являє собою відрізок металевої труби стандартних поперечних типорозмірів із фланцями для приєднання до технологічного трубопроводу Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, поданому на фіг 1 На кресленні позначені 1 - заземлені електроди (із нульовим потенціалом), 2 - потенційні електроди, 3 - ізоляційна основа, 4 - корпус чутливого конденсаторного елемента, 5 - кріпильні фланці, 6 - гвинти заземлення, 7 - гвинти-виводи потенційних електродів; 8 - ізоляційна втулка, 9 - контактний пелюсток, 10 - коаксіальний кабель з'єднання, 11 -герметичний корпус з'єднання, 12 - технологічний трубопровід, 13 - фланець технологічного трубопроводу, 14 - ущільнююча шайба Як очевидно з креслення чутливий конденсаторний елемент має чотири електроди (дві пари 1 і 2) Перша пара електродів 1 (електроди з нульовим потенціалом) являє собою цільний відрізок металевої труби технологічно необхідної довжини, в якому зроблено протилежно розташовані вікна для розміщення в них потенційних електродів Внутрішній діаметр цієї деталі дорівнює внутрішньому діаметру технологічного трубопроводу 12 Друга пара 2 (потенційні електроди) являють собою прямокутні пластини, що мають у поперечному перетині дугоподібну форму, і виконані із труби тих же поперечних розмірів, що й електроди з нульовим потенціалом Потенційні електроди разом з електродами з нульовим потенціалом у поперечному перетині утворюють коло і займають однакові чотири сектори цього кола (Див поперечний перетин А-А ) Ці три деталі кріпляться на внутрішній повер хні основи 3, що являє собою відрізок труби із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу Між потенційними і заземленими електродами зроблено зазори, які також заповнюються ізолятором для запобігання короткого замикання при попаданні в зазори металевих часток Уся ця конструкція розміщується в корпусі 4 чутливого конденсаторного елемента, якій являє собою відрізок металевої труби стандартних поперечних типорозмірів із фланцями 5 для приєднання до технологічного трубопроводу 12 Кріплення деталей до корпусу здійснюється за допомогою чотирьох гвинтів 6 з потайними голівками, які вводять зсередини труби датчика (електроди з нульовим потенціалом) і закріплюють їх зовні гайками через шайбу із м'якого металу (мідь чи свинець) для забезпечення контакту заземлення та необхідної герметичності Електричний контакт з потенційними електродами здійснюється також за допомогою гвинтів 7 з потайними голівками, які вводять зсередини труби датчика від потенційних електродів, на гвинти надягають ІЗОЛЯЦІЙНІ втулки 8 і закріплюють зовні корпусу датчика гайками Між двома гайками закріплюють контактний пелюсток 9 з припаяним центральним провідником вивідного коаксиального кабелю 10 Електричні виводи потенційних електродів виконуються герметично, для чого усі ТОКОВИВІДНІ деталі розміщують у двох герметичних корпусах 11 з кришками з герметизуючими прокладками, через які виведено коаксіальні кабелі 10 для з'єднання з вимірювальною схемою З'єднання корпусу чутливого конденсаторного елемента з технологічним трубопроводом здійснюється за допомогою фланців 5, 13, яки стягуються силовими болтами (на кресленні не вказано) Для герметичності між фланцями, згідно існуючій технологи, встановлюється паронітова шайба 14 Робота чутливого конденсаторного елемента відбувається в такий спосіб При ЗМІНІ КІЛЬКІСНОГО змісту води в нафтопродукті змінюється значення його діелектричної проникності Це, у свою чергу, змінює значення електричної ємності між потенційними електродами 2 чутливого конденсаторного елемента Виміряне значення цієї ємності дає можливість визначити кількісне значення вологості нафтопродукту Конструкція чутливого конденсаторного елемента така, що тиск робочого середовища, що він може витримати, цілком визначається корпусом 4, тобто фактично тривкістю трубопроводу Робоча порожнина чутливого конденсаторного елемента не має усередині ніяких виступаючих частин чи западин, площа поперечного перетину технологічного трубопроводу залишається незмінної, не роблячи при цьому ніякого додаткового опору і не створюючи умов для виникнення турбулентних потоків для нафтопродукту, що транспортується 3044 ФІГ. 1 Комп'ютерна верстка Л. Купемю Підписне Тираж 37 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601