Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 681.518.52:544.023.523 002.56

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКА ИЗМЕРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА МОДЕЛИ ЗАМКНУТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОБЪЕМА

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С., Якимчук С.Г.

Введение

Во время транспортирования нефтепродуктов с внутренним сопротивлением выше  в технологическом оборудовании происходит генерация зарядов статического электричества (СЭ), которая в свою очередь возбуждает электростатическое поле (ЭСП) в заполняемой технологической емкости. Процесс изучения полей, созданных зарядами в замкнутых объемах, определяет свойства безопасности технологии и требует диагностирования при выборе уровня режимов производительности заполнения. В качестве исследуемого параметра в технологических емкостях могут выступать напряженность поля , потенциал  и заряд  поверхности  заполняемой жидкости [3,4].

В настоящее время [5] диагностирование параметров проводится с помощью зондов различной конфигурации в паре с интеграторами тока [5,6]. Альтернативным прибором зонду предлагается модуляторный измеритель электростатического потенциала (МИЭП), который способен измерять те же параметры поля, но при меньших конструктивных и системоемких затратах на разработку, поскольку определена непосредственная электрическая связь его с исследуемым полем в виде [7,8]:

(1)

где поверхностная плотность заряда жидкости, ; заряд между электродами МИЭП,; площадь электрода МИЭП,.

Тогда напряженность ЭСП выглядит:

(2)

где относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости;  - электрическая постоянная, Ф/м; потенциал поверхности исследуемой жидкости,; емкость между электродами МИЭП, .

Формула (2) показывает взаимосвязь параметров  преобразователя с напряженностью и потенциалом исследуемой замкнутой технологической емкости. При рассмотрении принципиальной и эквивалентной схем МИЭП (МИЭП изолирован от источников энергии и его заряд задан [8,9]) можно определить потенциал на входе преобразователя, который зависит только от собственной емкости в виде:

(3)

Следовательно, данный прибор может быть отградуирован в измеряемых величинах, необходимых как для проведения диагностирования потенциала поверхности заполняемой жидкости, так и для измерения напряженности электрического поля внутри замкнутого объема [6-8].

Постановка задачи

Изучив современные подходы к процессу диагностирования параметров электрического поля в замкнутых объемах [5,6], приходим к следующему:

- невозможна непосредственная диагностика исследуемых величин поля прямым контактом с исследуемой поверхностью;

- оценка заряда в слабо проводящих, заряжающихся жидкостях (СПЗЖ), позволяют судить о достаточно высокой величине накопленной энергии в жидкости, которая способна, при прямом контакте с приборами к высвобождению в виде разряда, что запрещено по исследуемой технологии;

- сравнение подходов к измерениям, производимым по данной тематике в Московском энергетическом институте (МЭИ) [5] и центральном научно-исследова-тельском институте судовой электрики и технологии (ЦНИИ-СЭТ) [6], применение МИЭП в качестве датчика, имеет предпочтение использования, в связи с простотой конструкции, возможностью дистанционных замеров и минимизации самого прибора, при одинаковых возможностях получаемых данных.

В связи с этим создание и проверка поведения модуляторного измерителя во время диагностирования параметров поля в замкнутом объеме является актуальной задачей [10].

Цель работы

Целью данной работы есть проверка возможности измерения вышеуказанных параметров дистанционным образом для построения диагностического компонента системы управления заполнением замкнутых объемов СПЗЖ.

Решение задачи

Теоретическое исследование поля в замкнутом объеме определяется уравнениями Пуассона и Лапласа [4-6]:

(4)

 

(5)

Поскольку решается краевая задача, то для нее задаются граничные условия, исходя из физики процесса. Исследование стационарных полей, в зависимости от типа граничных условий, сводят к расчету 3-х краевых задач [6].

Задача Дирихле:

(6)

Задача Неймана:

(7)

Задача Робена:

(8)

где функции заданные на  области, в которой решаются уравнения (4,5);

нормаль к поверхностям  (области).

При рассмотрении поверхностей: поверхность эквипотенциальная; поверхность непроницаемая.

В дополнение к описанию (6…8), в качестве дополнительных условий используют условия периодичности и согласования [11].

Условие периодичности определяется постановкой задачи, откуда априори следует периодичность пространственного распределения поля, т.е. координатные поверхности относятся к одному семейству , при которых:

(9)

Условие согласования возникает при расчетах поля на границе различных сред и применяется для установки связи между полями в каждой из однородных подобластей. Данные условия могут быть выражены соотношениями:

(10)

где граница раздела рассматриваемых областей; материальные характеристики сред рассматриваемых областей.

В продолжение подтверждения теоретического обоснования (1…10) и проведения эксперимента по изучению поведения электрического поля в замкнутом металлическом объеме автором был создан прототип МИЭП и построена установка (рис.1) в масштабе 1:1000, по отношению к размерам реально заполняемого объема. Размеры: диаметр d=160мм, высота h=120мм, форма - цилиндр (1) с крышкой (2).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Экспериментальная установка для изучения поведения

электрического поля внутри замкнутого металлического объема.

 

Конструкция установки. На оси дна цилиндра установлен телескопический электрод (3), в виде  плоскости круглой формы диаметром d=95мм, который позволяет пе­ремещаться вдоль вертикальной оси цилиндра до уровня верхнего края, парал­лельно плоскости дна. Электрод (3) изолирован от дна с помощью диэлектриче­ской шайбы (4) (материал политетрафторэтилен-4). Верхняя часть цилиндра за­крыта крышкой (2) для создания Г*- поверхности, ограничивающей объем [6-12]. В центре верхней части крышки просверлено отверстие, в область которого поме­щен датчик (5), изолированный от корпуса крышки цилиндра диэлектрической шайбой (6), необходимой для реализации теоретических выводов (1…3) [7,13…16].

Регулируемое напряжение постоянного тока, создающее поле внутри объема, подводилось к установке через ЛАТР и выпрямитель КЦ-405Д. Параметры поля, создаваемого заряженной жидкостью, снимались с ее поверхности, под которой на глубине 1-2мм находился плоский электрод (3), эмулирующий величину потенциала поверхности жидкости [6,14]. В целях безопасности к установке подводилось напряжение в диапазоне U=20-120В. Для снятия параметров поля использовался прототип МИЭП (5), который питался от двух полярного источника напряжения  БП (7). В процессе измерения МИЭП (5) показал способность генерировать выходное напряжение, по показаниям (8), в диапазоне .

Результат измерений потенциала поверхности СПЗЖ показан на графике (рис.2).

В отличие от МЭИ, где использовался подход регистрации разрядов [5] с поверхности СПЗЖ, в рассматриваемом случае регистрируется потенциал поверхности СПЗЖ с помощью созданного прототипа МИЭП [7,8]. Результаты исследований приведены  в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. График реакции датчика на изменение напряженности

поля внутри замкнутого объема

Таблица 1.

Результаты лабораторных исследований установки

U(В)

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

UД(В)

6,9

7,2

7,5

7,9

8,2

8,5

8,9

9,2

9,5

9,9

U(В)

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

UД(В)

10,2

10,5

10,9

11,2

11,5

11,9

12,2

12,5

12,9

13,2

 


где U(В) – напряжение подводимое к металлическому цилиндру и телескопическому электроду; UД(В)– напряжение, генерируемое датчиком.

 

Основные результаты и выводы

1.                           Полученные результаты свидетельствуют о работоспособности данного вида преобразователя, существовании поля внутри замкнутого пространства, возможности моделирования процесса диагностирования потенциала поверхности СПЗЖ заполняемого пространства технологической емкости;

2.                           Табличные и графические данные показывают относительно линейную характеристику прототипа МИЭП в зависимости от создаваемой напряженности поля внутри замкнутого объема;

3.                           Изменение положения плоскости телескопического электрода (3) (рис.1) относительно дна объема, не вносили изменения в показания МИЭП;

4.                           Существенное изменение показаний прототипа МИЭП происходит в непосредственной близости диагностируемой поверхности от прибора (3…5мм), в результате чего возникает искажение формы поля [5,6], а значит и значений величин измеряемых параметров.

5.                           Таким образом, диагностирование потенциала исследуемых поверхностей на расстоянии более 10 габаритных размеров преобразователей согласуется с теоретическими выводами ЦНИИ-СЭТ [6] относительно проектирования и построения дистанционного измерителя параметров электрического поля заряженной исследуемой поверхности.

 

Заключение

Моделирование рассмотренного процесса утверждает возможность реального измерения напряженности или потенциала поля, подтверждая теоретические исследования (1…3) [7,13…16]. Датчик в замкнутом металлическом объеме реагирует на изменение потенциала поверхности заполняемой СПЗЖ с достаточно широким диапазоном выходного напряжения , что позволяет создать прибор для измерения заряда или потенциала поверхности СПЗЖ.

 

The given work - represents itself the analysis of a condition of theoretical and practical development on maintenance of an optimality of management with technological process of filling of the closed volumes badly spending charged liquids (BSCL) under condition of safety of process of filling. In work the interrelation of balances of an electrostatic field (EF) is considered at accumulation of charges on a surface  and  inside  BSCL and hydrodynamical process of filling of the closed volume. At construction of system of optimum control by filling BSCL in the closed volume, as observable parameter the potential of a surface of a filled liquid is investigated.

 

1.                  Україна. Закони. Про зовнішньоекономічну діяльність. Закон від 16.04.1991р. №960–XII   // ВВР.–1991.–№29. –С.377.

2.                  Україна. Закони. Про ратифікацію Угоди про проведення узгодженої політики в галузі транзиту нафти і нафтопродуктів магістральними трубопроводами. Закон від 14.05. 1999р. № 666–ХІV //ВВР.–1997–№ 31.–С.197.

3.                  Галка В.Л.. Метод построения зон работоспособности грузовой системы нефте­наливного судна. //Судостроительная промышленность. Сер. "Судовая электротехника и связь". Вып. 11. Л., 1990.

4.                  Галка В.Л. Гидродинамические насадки для защиты грузовой системы танкеров // Судостроение.-1993.№8-9.-С.21-23.

5.                  Максимов Б.К., Обух А.А., Тихонов А.В. Электростатическая безопасность при заполнении резервуаров нефтепродуктами. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 154с.

6.                  Галка В.Л. Электростатическая безопасность нефтеналивных судов и кораблей. СПб.: Элмор. 1998.– 188с.

7.                  Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагности­рования. Л.: Энергоатомиздат, 1982. – 210с.

8.                  Илюкович А.М. Техника электрометрии. М.: Энергия. 1976. – 400 с.

9.                  Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. – Москва.: МИР, 1989.–195с.

10.              О.Л. Кириллов, Г.С. Якимчук. Оптимальное управление технологическим процессом заполнения слабопроводящими заряжающимися жидкостями (СПЗЖ) замкнутых объемов //Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. ХГТУ. 2006-№1(17).

11.              Математический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 848 с.

12.              Галка В.Л. Электростатическая безопасность нефтеналивных судов. // Судостроение.-1993.№2-3.-С.30-31.

13.              Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирования диагностических систем – СПб.: БХВ – Петербург, 2002.464с.

14.              Галка В.Л. Техническая диагностика в задачах электростатической защиты грузовых систем нефтеналивных судов: Учеб. пособ. – СПб.: Академия судостроения, 1998. –82с.

15.              Калявин В.П., Мозгалевский А.В., Галка В.Л. Надежность и техническая диаг­ностика судового электрооборудования и автоматики: Учебник. СПб.: Элмор, 1996. –342с.

16.              Мозгалевский А.В., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Диагностирование электронных систем / Под. ред. А.В. Мозгалевского. Л.: Судостроение, 1984.240с.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Информационно-измерительные системы

Ковальов О.І. Вимірювання у процесно-орієнтованих стандартах

Полякова М.В., Ищенко А.В., Худайбердин Э.И. Порогово-пространственная сегментация цветных текстурированных изображений на основе метода JSEG

Дзюбаненко А. В. Организация компьютерных систем для анализа изображений

Гордеев Б.Н., Зивенко А.В., Наконечный А.Г. Формирование зондирующих импульсов для полиметрических измерительных систем

Богданов А.В., Бень А.П., Хойна С.И. Релаксация обратного тока диодов Шоттки после их магнитно-импульсной обработки (МИО)

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Проектирование измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Оптимизированная модель измерителя доб-ротности варикапов

Руднєва М.С., Кочеткова О.В., Задорожній Р.О. Принципи побудови оптимальної структури інформаційно-вимірювальної системи геометричних розмірів об’єктів в діапазоні від 1 нм до 1000 нм

Биленко М.С., Рожков С.А., Единович М.Б. Идентификация деформаций пе-риодических структур с использованием систем технического зрения

Рашкевич Ю.М., Ковальчук А.М., Пелешко Д.Д. Афінні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень

Дидык А.А., Фефелов А.А, Литвиненко В.И., Шкурдода С.В., Синяков Ф. В. Классификация масс-спектров с помощью кооперативного иммунного алгоритма

Клименко А.K. Обратная модель для решения задач в системах с многосвязными динамическими объектами

Завгородній А.Б. Порівняльне дослідження твердотільних і рідиннофазних об'єктів методом газорозрядної візуалізації

Голощапов С.С., Петровский А.В., Рожко Ж.А., Боярчук А.И. Измерение доб-ротности колебательного контура на основе метода биения частот

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С. Диагностирование критерия безопасности при заполнении замкнутых объемов СПЖ косвенным методом

Долина В.Г. Проблеми підвищення точності рефрактометра на основі прозорих порожнистих циліндрів.

Самков О.В., Захарченко Ю.А. Застосування алгоритму клонального відбору для побудови планів модернізації авіаційної техніки

Попов Д.В. Метод формування регламентів технічного обслуговування повітряних суден

Казак В.М., Чорний Г.П., Чорний Т.Г. Оцінювання готовності технічних об’єктів з урахуванням достовірності їх контролю

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования цифрового измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования устройства для разбраковки варикапов по емкостным параметрaм и добротности

Сосюк А.В. Інтелектуальний автоматизований контроль знань в системах дистанційного навчання

Соколов А.Є. Деякі аспекти систезу комп’ютеризованої адаптивної системи навчання

Полякова М.В., Волкова Н.П., Іванова О.В. Сегментація зображень стохастичних текстур амплітудно-детекторним методом у просторі вейвлет-перетворення

Луцкий М.Г., Пономаренко А.В., Филоненко С.Ф. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов

Литвиненко В.И., Дидык А.А., Захарченко Ю.А. Компьютерная система для решения задач классификации на основе модифицированных иммунных алгоритмов

Лубяный В.З., Голощапов С.С. Прямоотсчетные измерители расхождений емкостей

Беляев А.В. Построение навигации для иерархических структур в WEB-системах и системах управления WEB-сайтом

Терновая Т.И., Сумская О.П., Слободянюк И.И., Булка Т.И. Контроль качества тканей специального назначения с помощью автоматических систем.

Шеховцов А.В. Інформаційний аспект: розпізнавання образів індивідуума.

Полякова М.В. Определение границ сегмента упорядоченной текстуры на изображении с однородным фоном с помощью многоканального обнаружения пачки импульсов.

Литвиненко В.И. Прогнозирования нестационарных временных рядов с помощью синтезируемых нечетких нейронных сетей

Ковриго Ю.М., Мисак В.Ф., Мовчан А.П., Любицький С.В. Автоматизована система діагностики генераторів електростанцій

Браїловський В.В., Іванчук М.М., Ватаманюк П.П., Танасюк В.С. Керований детектор імпульсного ЯКР спектрометра

Забытовская О.И. Построение функции полезности по экспериментальным данным.

Шиманські З. Апаратні засоби сегментації мовного сигналу

Хобин В.А., Титлова О.А. К вопросу измерения парожидкостного фронта в дефлегматоре абсорбционно-диффузионной холодильной машины (АДХМ)

Фефелов А. А. Использование байесовских сетей для решения задачи поиска места и типа отказа сложной технической системы

Слань Ю. М., Трегуб В. Г. Оперативна нейромережна ідентифікація складних об’єктів керування

Ролик А.И. Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнес-процессов

Грицик В.В. Застосування штучних нейронних мереж при проектуванні комп’ютерного зору.

Гасанов А.С. Информационные технологии построения систем прогнозирования отказов

Шеховцов А.В., Везумский А.К., Середа Е.С. Алгоритм сжатия информации без потерь: модифицированный алгоритм LZ77

Ходаков В.Е., Жарикова М.В., Ляшенко Е.Н. Методы и алгоритмы визуализации пространственных данных на примере моделирования распространения лесных пожаров.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Обобщённые масштабные функции с компактным носителем в задаче сегментации изображений упорядоченных текстур. – C. 75 – 84.

Полторак В.П., Дорогой Я.Ю. Система распознавания образов на базе нечеткого нейронного классификатора.

Литвиненко В.И. Синтез радиально-базисных сетей для решения задачи дистанционного определения концентрации хлорофилла.

Бражник Д.А. Управление совмещением изображения объекта в сцене и эталонного изображения.

Бабак В.П., Пономаренко А.В. Локализация места положения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии.

Мороз В. В. R-D проблема и эффективность систем сжатия изображений.

Крылов В.Н., Полякова М.В., Волкова Н.П. Контурная сегментация в пространстве гиперболического вейвлет-преобразования с использованием математической морфологии.

Квасников В.П., Баранов А.Г. Анализ влияния дестабилизирующих факторов на работу биканальной координатно-измерительной машины.

Казак В.М., Гальченко С.М., Завгородній С.О. Аналіз можливості застосування імовірнісних методів розпізнавання для виявлення пошкоджень зовнішнього обводу літака.

Тищенко И.А., Лубяный В.З. Управление коммутационными процессами в интегрированных сетях связи.

Корниенко-Мифтахова И.К.,Филоненко С.Ф. Информационно-измерительная система для анализа характеристик динамического поведения конструкций.

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Модель измерителя емкости с линейной шкалой измерений.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Мультифрактальный метод автоматизированного распознавания помех на изображении.

Рожков С.О., Федотова О.М. Алгоритм розпізнавання дефектів тканин для автоматичної системи контролю якості.

Бражник Д.А. Использование проективного преобразования для автоматизации обнаружения объектов.

Ходаков В.Є., Шеховцов А.В., Бараненко Р.В. Математичні аспекти створення автоматизованої системи „Реєстр виборців України”