Анализ диэлектрических свойств образцов нефти различных месторождений

Диэлькометрия - совокупность методов количественного определения веществ и исследования их молекулярной структуры, основанных на измерении диэлектрической проницаемости и тангенса

Анализ диэлектрических свойств образцов нефти различных месторождений

Курсовой проект

Геодезия и Геология

Другие курсовые по предмету

Геодезия и Геология

Сдать работу со 100% гаранией
еряемого значения емкости. Измеряемая емкость конденсатора при наличии воздушного зазора между образцом и электродом может быть записана в виде:

 

(12)

 

Где толщина диэлектрика, толщина воздушного зазора и площадь диэлектрика.

 

Истинная ёмкость образца, т.е. ёмкость при равна а отношение истинной ёмкости к измеряемой оказывается равным

 

(13)

 

Из рис. 9 видно, что уже при весьма малых зазорах отношение может принимать сравнительно большие значения, особенно при высоких диэлектрических проницаемостях образцов.

Аналогичное изменение при наличии зазора претерпевает и тангенс угла диэлектрических потерь, для делают практически невозможным применение колебательных контуров с сосредоточенными параметрами на длинах волн короче 3-5 м. В связи с этим колебательные контуры с сосредоточенными параметрами заменяются контурами с распределенными параметрами. Помимо резонансных методов используются также мостовые методы, имеющие с резонансными (например, методом замещения) много общего, поскольку и в тех и других производится сравнение параметров образца диэлектрика (емкость и сопротивление, эквивалентное потерям) с заранее калиброванными эталонной емкостью и безреактивным омическим сопротивлением.

При разработке резонансных методов, колебательные контуры которых образованы сосредоточенными элементами, главное внимание следует обращать на простоту и симметрию измерительной схемы, сводящие к минимуму паразитные параметры и связи.

 

2. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КУМЕТРА

 

.1 Описание экспериментальной установки

 

Для определения диэлектрических свойств различных сред использовался куметр «Е4-11», внешний вид которого представлен на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Куметр Е4-11.

 

Метод измерения емкости образца и тангенса угла потерь, основанный на использовании куметра, почти не отличается от метода расстройки контура. Отличие состоит только в том, что в куметре измеряется не ток в цепи измерительного контура, а напряжение на зажимах эталонного конденсатора, что позволяет непосредственно измерять добротность и, следовательно, потери. Измерение напряжения производится при помощи лампового вольтметра, смонтированного в приборе, как это схематически показано на рис.2.2. Расчёт ёмкости образца производится по формулам:

 

(14)

Рис. 2.2. Принципиальная схема куметра.

 

Определение диэлектрической проницаемости сводится к измерению ёмкости измерительного конденсатора при заполнении его веществом. Так как ёмкость измерительного конденсатора, заполненного веществом, равна:

 

(15)

(16)

 

Где ёмкость пустого конденсатора, паразитная ёмкость, обусловленная краевыми эффектами и ёмкостью монтажных проводов.

Для определения необходимо откалибровать конденсатор по эталонным веществам. Эти вещества должны легко очищаться, быть химически устойчивыми, иметь малую электропроводность и малые диэлектрические потери. Кроме того, эталонные жидкости не должны испытывать дисперсию диэлектрической проницаемости в выбранном диапазоне частот. При калибровке с помощью двух эталонных жидкостей получаем:

 

(17)

 

Где измеренные ёмкости конденсатора с эталонными веществами, и - относительные диэлектрические проницаемости эталонных веществ.

Зная ёмкость из (14), а также рабочую ёмкость и паразитную ёмкость из (17), находим

 

(18)

 

В исследуемом диапазоне частот электромагнитных колебаний для определения диэлектрических параметров могут быть использованы куметры типа ВМ 560 (диапазон частот 50 кГц-30 МГц) и Е4-11 (диапазон частот 10 МГц -300 МГц). Погрешность, даваемая куметром при измерении материалов со средними потерями и при работе на частотах ниже 10 МГц, составляет по порядку величины 10- 15% для тангенса угла потерь и 5-10% для диэлектрической проницаемости, т. е. обеспечивает достаточную точность для целого ряда практических случаев. Учитывая, кроме того, простоту работы, а также то обстоятельство, что куметр является широко распространенным прибором, выпускаемым промышленностью, описанный метод можно рассматривать как наиболее доступный для широкого применения, особенно при работе на сравнительно низких частотах, на которых влияние соединительных проводников мало.

Измерение сравнительно больших потерь( >1) при использовании резонансных методов затруднено тем обстоятельством, что при этом в значительной мере ухудшаются резонансные свойства колебательного контура. Эта трудность может быть, однако, преодолена использованием весьма малых количеств исследуемого вещества (при неизбежном увеличении погрешности измерений). При работе на низких частотах ( < 1 МГц) широкое применение находят различные мостовые схемы (типа моста Шеренга), методика работы, на которых в настоящее время достаточно хорошо разработана[9].

 

.2 Паразитные параметры

 

Паразитные параметры. Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными ">сопротивлением <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> и ">индуктивностью <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C>. С высокой степенью точности, ">эквивалентную схему <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B2%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0> реального конденсатора можно представить следующим образом:

 

"> <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Cap_equiv_circ.gif> - собственная ёмкость конденсатора;

- сопротивление изоляции конденсатора;

- эквивалентное последовательное сопротивление;

- эквивалентная последовательная индуктивность.

Тангенс угла потерь - отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где - угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением ">активной мощности <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> Pа к ">реактивной <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется ">добротностью <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для ">катушек индуктивности <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8> и ">трансформаторов <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80>.[11]

Для проведения диэлектрических измерений методом куметра необходимо изготовить измерительную ячейку. При ее конструировании должны быть учтены следующие требования:

- размеры ячейки должны быть много меньше длины электромагнитного излучения, на которой проводятся измерения;

- межэлектродное пространство должно быть много меньше высоты цилиндрического конденсатора для избегания краевых эффектов;

- для проведения измерений на куметре ВМ 560 в рабочем диапазоне частот емкость измерительной ячейки с заполнением исследуемым веществом должна составлять 20 пФ.

- конструкция ячейки должна соответствовать минимальному значению паразитной емкости

 

.3 Описание экспериментальной ячейки

 

В связи с вышесказанным для проведения измерений диэлектрических свойств жидких образцов нефти выбрана цилиндрическая ячейка, фотография которой приведена на рис.11.

 

Рис. 11. Фотография измерительной ячейки.

 

Измерительная ячейка представляет собой цилиндрический конденсатор, обкладки которого выполнены из меди, а основания из стеклотексталита, это нужно для уменьшения паразитной емкости. Его геометрические размеры: , гр. Расчёт ёмкости конденсатора: ,[9] где диэлектрическая постоянная, относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Оценка ёмкости конденсатора: 10,02 пФ.

 

.4 Калибровка

 

Были выполнены измерения рабочей и паразитной ёмкости по формуле (17) при использовании трёх химически чистых жидкостей, выбранных в качестве эталонных: углерод четырёххлористый и трихлорметан. Данные вещества не испытывают дисперсии диэлектрической проницаемости в выбранном диапазоне частот, химически неактивны к материалам измерительной ячейки, имеют значение диэлектрической проницаемости, близкое к значению нефти, в пределах 3-5 единиц.

В таблице 2.1,3.1,2.2,3.2 представлены результаты измерений диэлектрических свойств эталонных жидкостей для двух ячеек соответственно. Где ёмкость измерительного контура при подключении конденсатора с исследуемой жидкостью, соответственно добротность. В таблице 1 приведены средние значения диэлектрических проницаемостей эталонных жидкостей, полученных по различным литературным данным [4].

 

Таблица 1.

С

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 >