Устройство и способ определения потенциала течения текучей среды

Устройство и способ определения потенциала течения текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам определения потенциала течения (фильтрационного потенциала) текучей среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Поворотные дисковые электроды (RDE) обычно используют в характеристической электрохимии в химических реакциях, таких как окислительно-восстановительные реакции. Одно современное устройство для определения потенциала течения водных растворов представляет собой поворотный диск и очень маленький стационарный электрод сравнения для хлорида серебра. Функция данного устройства ограничена его использованием в водных растворах, содержащих ионы хлорида, поскольку эти очень небольшие электроды сравнения для хлорида серебра не работают в органических текучих средах без ионов хлорида. В результате, данное устройство не может быть полезно для измерения потенциала течения неводного раствора, такого как гидравлическая текучая среда.

В другом устройстве для определения потенциала течения текучей среды используются два небольших электрода для хлорида серебра в проточной ячейке. Относительно большое количество текучей среды прокачивают через проточную ячейку, а разность потенциалов между этими электродами измеряют для получения характеристик потенциала течения текучей среды. Данное устройство выполнено относительно большим, громоздким, а также склонно к протечке, и для него может быть необходим поток текучей среды с относительно высоким давлением.

Необходимы система и способ для преодоления одного или большего количества недостатков, которые имеют одно или один или большее количество существующих устройств или способов определения потенциала течения текучей среды.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте раскрыт способ испытания текучей среды. Поворотное устройство поворачивают в текучей среде для того, чтобы вызвать перемещение текучей среды через поворотное устройство. Напряжение текучей среды измеряют во множестве мест поворотного устройства по мере того, как текучая среда совершает перемещение через поворотное устройство. Потенциал течения текучей среды определяют на основании разности в измеренном напряжении текучей среды во множестве мест поворотного устройства.

В другом аспекте раскрыт другой способ испытания текучей среды. Поворотный дисковый электрод с кольцом поворачивают в текучей среде с различными скоростями поворота для того, чтобы вызвать перемещение текучей среды через этот поворотный дисковый электрод с кольцом. Потенциал течения текучей среды определяют при каждой из различных скоростей поворота на основании разности в измеренном напряжении текучей среды во множестве мест поворотного дискового электрода с кольцом по мере того, как текучая среда совершает перемещение через поворотный дисковый электрод с кольцом при каждой из указанных различных скоростей поворота. Поворотный дисковый электрод с кольцом поворачивают в отличной текучей среде с различными скоростями поворота для того, чтобы вызвать перемещение указанной отличной текучей среды через поворотный дисковый электрод с кольцом. Потенциал течения отличной текучей среды определяют при каждой из различных скоростей поворота на основании разности в измеренном напряжении отличной текучей среды во множестве мест поворотного дискового электрода с кольцом по мере того, как текучая среда совершает перемещение через поворотный дисковый электрод с кольцом при каждой из различных скоростей поворота. Текучую среду или отличную текучую среду, которая имеет наименьший определенный потенциал течения при наивысшей скорости оборотов в минуту, выбирают в качестве текучей среды, менее склонной к генерированию потенциалов течения.

Еще в одном аспекте раскрыта система для определения потенциала течения текучей среды. Система содержит поворотное устройство, управляющее устройство, двигатель и вольтметр. Двигатель соединен с поворотным устройством. Двигатель выполнен с возможностью поворота поворотного устройства в текучей среде с различными скоростями поворота, управление которыми происходит посредством управляющего устройства, для перемещения текучей среды через поворотное устройство. Вольтметр соединен с множеством мест поворотного устройства. Вольтметр выполнен с возможностью измерения напряжения текучей среды во множестве мест поворотного устройства по мере того, как текучая среда совершает перемещение через указанное поворотное устройство, для определения потенциала течения текучей среды на основании разности в измеренном напряжении текучей среды во множестве мест поворотного устройства.

В другом аспекте для формирования электродов могут быть использованы различные материалы. Например, один электрод может быть сформирован из первого металла или сплава металлов, а другой электрод должен был сформирован из отличного второго металла или сплава металлов. Различные металлы или сплавы металлов могут генерировать различные потенциалы течения при повороте в той же самой текучей среде. Та же самая текучая среда может быть исследована с использованием различных сочетаний металлов или сплавов металлов в электродах для определения различных потенциалов течения, сгенерированных в текучей среде как функция от скорости текучей среды.

В одном варианте реализации способ (например, получения характеристик текучей среды) включает поворот электродного блока в текучей среде со скоростью поворота. Электродный блок содержит первый и второй электроды. Поворот электродного блока вызывает перемещение по меньшей мере части текучей среды через первый и второй электроды. Способ также включает измерение разности потенциалов между первым и вторым электродами по мере того, как по меньшей мере часть текучей среды совершает перемещение через первый и второй электроды вследствие поворота электродного блока, и определение потенциала течения текучей среды с использованием разности потенциалов.

В одном варианте реализации система (например, измерительная система для текучей среды) содержит электродный блок, устройство приведения в действие и измерительное устройство для измерения электрической энергии. Электродный блок содержит первый электрод и второй электрод, отделенные друг от друга изолирующим промежутком. Устройство приведения в действие выполнено с возможностью соединения с электродным блоком для поворота электродного блока в исследуемой текучей среде. Измерительное устройство для измерения электрической энергии выполнено с возможностью его электрического соединения с первым и вторым электродами электродного блока. Измерительное устройство для измерения электрической энергии также выполнено с возможностью измерения разности потенциалов между первым и вторым электродами по мере того, как устройство приведения в действие поворачивает электродный блок со скоростью поворота для того, чтобы вызвать перемещение текучей среды через первый и второй электроды. Измеряемая разность потенциалов отражает потенциал течения текучей среды.

В одном варианте реализации способ (например, для исследования текучей среды) включает по меньшей мере частичное погружение первого и второго электродов в текучей среде. Первый и второй электроды отделены друг от друга изолирующим промежутком. Способ также включает поворот первого и второго электродов в текучей среде с обычной скоростью поворота. Поворот первого и второго электродов с обычной скоростью поворота вызывает перемещение текучей среды через первый и второй электроды с радиальной скоростью текучей среды. Способ также включает измерение разности потенциалов между первым и вторым электродами по мере того, как текучая среда совершает перемещение через первый и второй электроды с радиальной скоростью текучей среды, и определение потенциала течения текучей среды как функции от скорости текучей среды с использованием разности потенциалов и радиальной скорости текучей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение может быть лучше понятно согласно приведенным далее чертежам и описанию. Компоненты на фигурах не обязательно приведены в масштабе, вместо этого упор делается на иллюстрацию принципов настоящего изобретения.

На фиг. 1 показан схематический вид измерительной системы для определения потенциала течения текучей среды как функции от скорости текучей среды.

На фиг. 2 схематически показан пример потока текучей среды, когда электроды электродного блока в системе, показанной на фиг. 1, поворачивают в текучей среде.

На фиг. 3 также схематически показан пример потока текучей среды, показанного на фиг. 2.

На фиг.4 показан график, иллюстрирующий числа Прандтля текучей среды с различными скоростями поворота электродов, показанных на фиг.1, согласно одному примеру.

На фиг. 5 показан график, иллюстрирующий радиальные скорости (v_r) граничного слоя текучей среды при различных скоростях поворота электродов, показанных на фиг. 1, в соответствии с одним примером.

На фиг. 6 показан перспективный вид одного варианта реализации измерительной системы.

На фиг. 7 показан перспективный вид поворотного устройства или электродного блока, показанного на фиг. 1, согласно одному варианту реализации.

На фиг. 8 показана блок-схема, иллюстрирующая один аспект способа испытания текучей среды.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показан схематический вид измерительной системы 10 для определения потенциала течения текучей среды 12 как функции от скорости текучей среды. Система 10 содержит электродный блок 16, который по меньшей мере частично расположен в емкости 24, содержащей размещенную в ней текучую среду 12. Электродный блок 16 также может называться как поворотное устройство.

Количество текучей среды 12, содержащейся в емкости 24, может быть относительно низким, таким как десятки миллилитров. Например, емкость 24 может представлять собой лабораторную колбу, выполненную с возможностью удержания 100 миллилитров жидкости или около этого количества. Текучая среда 12 может представлять собой водную жидкость, такую как текучая среда на водной основе. В одном аспекте текучая среда 12 представляет собой неэлектролитный раствор, такой как текучая среда, которая не содержит соли, растворенной в растворяющем веществе. В альтернативном варианте, текучая среда 12 может содержать безводную жидкость, раствор электролита, гидравлическую текучую среду или другую текучую среду.

Например, один вариант реализации системы 10 и способа использования системы 10, раскрытой в настоящей заявке, отличается от обычных электрохимических аналитических систем, которые измеряют потенциалы течения текучих сред, в том, что эти обычные системы могут требовать использования электролитических растворов, которые являются проводящими или высокопроводящими. Эти обычные системы могут включать использование электролитических растворов, имеющих проводимости, составляющие приблизительно 0,1 мкСм на сантиметр (мкСм/см) до приблизительно 150,0 мкСм на сантиметр (мкСм/см). Эти проводимости могут препятствовать электрохимическому анализу.

Исключительно для целей сравнения, особо чистая вода имеет проводимость, составляющую приблизительно 0,055 мкСм/см, как стандартный образец. Высокие концентрации электролитов, например, молярные концентрации, составляющие приблизительно от .1 до .5, обеспечивают проводимость к текучей среде или раствору и обеспечивают возможность управления потенциалом диска и кольца. Ограничение высоких молярных концентраций электролитов в текучей среде 12 (что может быть выполнено с использованием системы 10) предотвращает применение известных систем и способов к органическим текучим средам, включая текучие среды, имеющие проводимость, составляющую по меньшей мере 0,1 мкСм/см. Низкие концентрации электролитов (например, 1 ммоль или менее) аналогичным образом не работают для текучих сред без ионов хлорида и дополнительно не подходят для органических или других углеводородных текучих сред.

Электродный блок 16 содержит множество электродов 26, 28, которые используют для измерения разности между потенциалом (например, напряжение), который индуцирован на электродах 26, 28, когда текучая среда 12 совершает перемещение относительно электродов 26, 28. В одном аспекте электрод 26 представляет собой дискообразный электрод, а электрод 28 представляет собой кольцеобразный электрод, причем дискообразный электрод расположен внутри кольцеобразного электрода. Электрод 28 может проходить вокруг всего внешнего периметра электрода 26. В альтернативном варианте электрод 28 может проходить вокруг менее всего внешнего периметра электрода 26. Электрод 26 можно называть внутренним электродом, а электрод 28 можно называть внешним электродом.

Электроды 26, 28 отделены друг от друга изолирующим промежутком 122. Данный изолирующий промежуток 122 отражает непроводящий пространственный интервал между электродами 26, 28. В одном аспекте изолирующий промежуток 122 может содержать изолирующий кольцеобразный элемент 30, соединенный с электродами 26, 28 и выполненный из непроводящего (например, диэлектрического) материала. При необходимости, изолирующий промежуток 122 может быть сформирован посредством пространственного интервала между электродами 26, 28 без какого-либо другого тела, размещенного в изолирующем промежутке 122. Изолирующий промежуток 122 предотвращает формирование проводящего канала между электродами 26, 28 в электродном блоке 16. В результате, электрический потенциал (например, напряжение), которое индуцировано на электроде 26, может быть измерен отдельно от электрического потенциала, индуцированного на другом электроде 28, когда текучая среда 12 совершает перемещение относительно электродов 26, 28.

В одном аспекте электроды 26, 28 поворачивают вместе в текучей среде 12 для того, чтобы вызвать перемещение текучей среды 12 мимо (например, поток через) электродов 26, 28. Электроды 26, 28 могут быть соединены друг с другом и с валом 124 системы 10. Вал 124 может быть повернут для того, чтобы вызвать поворот электродов 26, 28 с той же самой скоростью. Например, электроды 26, 28 могут быть соединены друг с другом, соединены с тем же самым валом 124 или соединены друг с другом и с валом 124 таким образом, что поворот вала 124 или одного из электродов 26, 28 вызывает одновременный поворот обоих электродов 26, 28 с той же самой скоростью поворота. Несмотря на то, что внешний электрод 28 может иметь угловую скорость, большую, чем угловая скорость внутреннего электрода 26 вследствие радиального размещения внешнего электрода 28 дальше от вала 124, чем внутренний электрод 26, причем скорости, при которых электроды 26, 28 совершают поворот (например, по окружности) вокруг вала 124, могут быть эквивалентны.

Что касается электродного блока 16, показанного на фиг. 1, то на фиг. 2 и 3 схематически показан пример потока текучей среды 12, когда электроды 26, 28 в системе 10 поворачивают в текучей среде 12. На фиг. 2 показаны векторы скорости (v_y и v_r) текучей среды 12, а на фиг. 3 показаны пути 300 движения потока текучей среды 12 (например, пути, вдоль которых протекает текучая среда 12).

Электроды 26, 28 могут быть соосно выровнены таким образом, что электроды 26, 28 совершают поворот (например, по окружности) вокруг общей оси 200 (которая также может отражать ось поворота электродов 26, 28). По мере того, как электроды 26, 28 совершают поворот, текучая среда 12 поднимается вверх в емкости 24 (показано на фиг. 1) по направлению к электродам 26, 28 с вертикальной скоростью текучей среды (v_y). Текучая среда 12, которая поднимается по направлению к электродам 26, 28, также протекает радиально снаружи по направлению от общей оси 200 при радиальной скорости (y_r), как показано линиями 300 прохождения потока на фиг. 3. Перемещение текучей среды 12 посредством электродов 26, 28 может индуцировать электрический заряд (например, напряжение) на электродах 26, 28. Например, по мере того, как текучая среда 12 совершает перемещение через электроды 26, 28, отрицательно заряженные ионы, частицы или и те и другие ионы могут быть смыты с поверхностей электродов 26, 28 посредством текучей среды 12. Для уравновешивания данного перемещения заряда, электроны в электродах 26, 28 могут протекать в противоположном направлении и создавать электрический потенциал (например, напряжение) на электродах 26, 28.

Разность в этих потенциалах называют потенциалом течения текучей среды 12. Потенциал течения может быть отражен посредством следующего соотношения:

где X отражает градиент потенциала течения текучей среды 12, ψ₀ отражает потенциал внешней плоскости Гельмгольца (ОНР) между текучей средой 12 и электродами 26, 28, ε отражает диэлектрическую постоянную текучей среды 12, η отражает вязкость текучей среды для текучей среды 12, σ отражает проводимость текучей среды для текучей среды 12, а ΔP отражает дифференциальное давление в текучей среде 12.

В одном аспекте настоящего изобретения, описанном в настоящей заявке, потенциал течения может быть измерен для текучей среды 12 как функция от скорости текучей среды. Потенциалы течения для текучих сред 12 могут быть исследованы как функция от скорости текучей среды (например, радиальной скорости v_r потока текучей среды) для получения характеристик текучих сред 12. Данная скорость текучей среды может отражать скорость, с которой текучая среда 12 совершает перемещение через поверхности электродов 26, 28, которые обращены к текучей среде 12 (например, обращены в направлении книзу в перспективе по фиг. 1), или параллельно им. Потенциалы течения для различных текущих сред 12 могут быть измерены для определения того, какая текучая среда 12 может быть менее склонна к тому, чтобы вызывать загрязнение, коррозию или т.п., когда текучую среду 12 используют в качестве гидравлической текучей среды в аппарате. Текучие среды 12, имеющие меньшие потенциалы течения, могут быть менее способны на способствование загрязнению, коррозии или т.п., по сравнению с текучими средами 12, имеющими большие потенциалы течения. В дополнение или в альтернативном варианте, потенциал течения для текучей среды 12 в аппарате (например, гидравлической или другой жидкости) может быть измерен и/или может контролироваться со временем для определения того, когда необходимо заменить текучую среду 12. Со временем может изменяться потенциал течения текучей среды 12 в аппарате. Изменившийся потенциал течения может указывать на изменение в химическом составе текучей среды и соответствующую потребность в изменении или замене текучей среды 12.

Путем введения различных текущих сред 12 в емкость 24 и измерения потенциалов течения текучих сред 12 как функции от скорости текучей среды (например, радиальной скорости v_r), система 10 может быть использована для измерения потенциалов течения различных текущих сред 12 при различных скоростях поворота электродов 26, 28. Текучая среда 12, которая имеет наименьший определенный потенциал течения при наибольшей скорости оборотов в минуту, может быть затем выбрана для использования в системе для текучей среды, такой как гидравлическая система, в одном варианте реализации. При необходимости, могут быть выбраны текучие среды 12 с потенциалами течения менее заданного предела при скоростях текучей среды, с которыми текучие среды 12 совершают перемещение в аппаратах. В других аспектах выбранная текучая среда 12 может быть использована в различных устройствах или для дополнительной оценки или модификации.

В качестве одного примера, электроды 26, 28 могут быть повернуты с заданной скоростью поворота (например, что выражено в пересчете на обороты, радианы, градусы на единицу времени, например в минуту, или выражено каким-либо другим образом), при этом измеряют напряжения, регистрируемые каждым из электродов 26, 28. Разность между этими напряжениями может быть рассчитана в качестве потенциала течения текучей среды 12 при скорости поворота электродов 26, 28. Скорость поворота электродов 26, 28 может быть преобразована в скорость, с которой текучая среда 12 протекает через электроды 26, 28 или параллельно им. Рассчитанный потенциал течения может быть затем связан со скоростью текучей среды (например, радиальной скоростью v_r) для данной текучей среды 12. В одном аспекте скорость поворота электродов 26, 28 может быть преобразована в скорость текучей среды с использованием следующего соотношения:

где v_r отражает радиальную скорость, ω отражает скорость поворота электродов 26, 28 (например, в пересчете на радианы в секунду), v отражает кинематическую вязкость текучей среды 12, r отражает радиусные электроды 26, 28, в которых рассчитывают скорость текучей среды, а y отражает расстояние от поверхностей электродов 26, 28, которые обращены к подвижной текучей среде 12 (например, которые обращены книзу на изображении по фиг. 1). Радиальная скорость текучей среды 12 может быть выражена как функция от радиуса или расстояния от оси 200, вокруг которой электроды 26, 28 совершают поворот. Например, для заданной скорости поворота (ω) электродов 26, 28, радиальная скорость (v_r) текучей среды 12 может быть различной при различных расстояниях от оси 200. Таким образом, некоторые радиальные скорости могут быть измерены для текучей среды 12 в одном варианте реализации. В альтернативном варианте потенциал течения текучей среды 12 может быть измерен и связан со скоростью поворота электродов 26, 28 вместо радиальной скорости текучей среды 12.

Рассчитываемая радиальная скорость текучей среды 12 может представлять радиальную скорость части текучей среды 12, которая расположена относительно близко к концам или поверхностям электродов 26, 28, которые обращены к подвижной текучей среде 12 (например, поверхности, обращенные в направлении книзу в перспективе по фиг. 4). Например, поворот электродов 26, 28 может перемещать слой текучей среды из текучей среды 12, причем этот слой текучей среды меньше по объему, чем вся текучая среда 12 в емкости 26. Радиальная скорость текучей среды 12 может отражать скорость, с которой данная текучая среда совершает перемещение наружу от общей оси 200 электродов 26, 28. Слой текучей среды может быть назван как гидродинамический граничный слой текучей среды 12, а толщина этого слоя текучей среды (например, как измерено при расстояниях от поверхностей электродов 26, 28 в направлениях, которые ориентированы параллельно общей оси 200) может быть названа как Число Прандтля текучей среды 12.

Число Прандтля может зависеть от кинематической вязкости текучей среды 12 и скорости поворота (ω) электродов 26, 28. В одном примере число Прандтля текучей среды 12 отражено посредством следующего соотношения:

где y_h отражает число Прандтля текучей среды 12 (например, толщина граничного слоя текучей среды 12, которая совершает перемещение через электроды 26, 28), v отражает кинематическую вязкость текучей среды 12, а ω отражает скорость поворота электродов 26, 28 (например, в пересчете на радианы в секунду). В альтернативном варианте толщина граничного слоя может быть измерена или рассчитана каким-либо другим образом.

На фиг. 4 показан график 800, иллюстрирующий числа Прандтля текучей среды 12 (например, толщина граничного слоя текучей среды 12, которая перемещена посредством поворотных электродов 26, 28) при различных скоростях поворота электродов 26, 28 согласно одному примеру. Числа Прандтля показаны вдоль горизонтальной оси 400, отражающей скорости поворота электродов 26, 28 (выражено в пересчете на обороты в минуту или RPM), и вертикальной оси 402, отражающей число Прандтля (например, толщина граничного слоя текучей среды 12, выраженная в пересчете на сантиметры). Как показано на фиг. 4, толщина граничного слоя текучей среды 12 больше при меньших скоростях поворота электродов 26, 28 и уменьшается по мере увеличения скоростей поворота.

На фиг. 5 показан график 90, иллюстрирующий радиальные скорости (v_r) граничного слоя текучей среды 12 при различных скоростях поворота электродов 26, 28 в соответствии с одним примером. Радиальные скорости показаны вдоль горизонтальной оси 500, отражающей радиальную скорость (выражена в пересчете на сантиметры в секунду), и вертикальной оси 502, отражающей скорости поворота электродов 26, 28 (выражены в пересчете на обороты в минуту или RPM). Как показано на фиг. 4, радиальная скорость граничного слоя текучей среды 12 меньше на расстояниях, которые ближе к общей оси 200 электродов 26, 28 (как показано на фиг. 2), при меньших скоростях поворота электродов 26, 28, а также одновременно при меньших расстояниях от общей оси 200 и при меньших скоростях поворота. С другой стороны, когда радиальное расстояние (например, радиус) от общей оси 200 увеличивается (например, место, для которого рассчитывают радиальную скорость), скорость поворота электродов 26, 28 увеличивается или радиальное расстояние и скорость поворота увеличиваются, затем происходит увеличение радиальных скоростей.

Может быть обеспечено резкое изменение радиальной скорости на граничном слое текучей среды 12 от центра дискообразного электрода 26 до кольцеобразного электрода 28 как функции от скоростей поворота. Например, при 1000 оборотов в минуту электродов 26, 28, радиальная скорость изменяется незначительно от центра дискообразного электрода 26 (например, общая ось 200) до кольцеобразного электрода 28. При 5000 оборотов в минуту, радиальная скорость изменяется менее чем на 100-500 см/с от центра дискообразного электрода 26 до кольцеобразного электрода 28. Более значительное изменение радиальной скорости возникает при 10000 оборотов в минуту электродов 26, 28, причем радиальная скорость изменяется от приблизительно 100 см/с до более чем 900 см/с от центра дискообразного электрода 26 до кольцеобразного электрода 28. Данное ускорение в потоке текучей среды 12 обеспечивает повышенный потенциал течения, достигаемый с использованием поворотных электродов 26, 28, что измеряется посредством разности потенциалов между дискообразным электродом 26 и кольцеобразным электродом 28.

Как описано выше, потенциалы течения для различных текущих сред 12 могут быть измерены при различных скоростях поворота электродов 26, 28 для расчета потенциалов течения текучих сред 12 как функции от радиальной скорости, с которой текучая среда 12 совершает перемещение через электроды 26, 28. Одна или большее количество из этих текучих сред 12 могут быть выбраны для использования в аппарате на основании сравнения этих потенциалов течения. Например, текучая среда 12, имеющая меньший потенциал течения, чем одна или большее количество других текучих сред 12, при радиальных скоростях, которые равны или относительно близки к скоростям, с которыми ожидается перемещение текучей среды 12 в аппарате (например, в пределах от 90% до 110% скорости, с которой текучая среда 12 совершает перемещение в аппарате) может быть выбрана для использования в аппарате (например, в качестве гидравлической текучей среды).

Кроме того или в альтернативном варианте, относительно небольшие образцы (например, 10 миллилитров или менее) текучей среды 12, используемой в данный момент в аппарате, могут быть извлечены из аппарата (например, когда аппарат выключен), а потенциалы течения для текучей среды 12 могут быть измерены при одной или большем количестве заданных радиальных скоростей (например, радиальные скорости, которые равны скоростям или являются приблизительно такими же, как и скорости, с которыми текучая среда 12 протекает в аппарате). Потенциалы течения могут быть сравнены с одним или большим количеством пороговых уровней для определения того, указывают ли потенциалы течения на то, что текучую среду 12 может быть необходимо по меньшей мере частично заменить или полностью заменить. Например, со временем потенциал течения текучей среды 12 может изменяться (например, увеличиваться или уменьшаться), так что текучая среда 12 может быть более склонна к загрязнению или корродированию аппарата.

На фиг. 6 показан перспективный вид одного варианта реализации измерительной системы 10. В дополнение к электродному блоку 16, система 10 может содержать подвижную конструкцию 14, механически соединенную с электродным блоком 16 и управляющим устройством 18. Подвижная конструкция 14 может совершать перемещение относительно емкости 24, например путем перемещения по направлению вверх, по направлению вниз или по направлению вверх и вниз на изображении по фиг.6. Подвижная конструкция 14 может быть использована для подъема электродного блока 16 из текучей среды 12 в емкости 24 и/или опускания электродного блока 16 в текучую среду 12 в емкости 24. Подвижная конструкция 14 также обеспечивает возможность поворота поворотного устройства 16 с одновременным по меньшей мере частичным размещением в текучей среде 12, удерживаемой в емкости 24. Например, поворотное устройство 16 может быть соединено с устройством 20 приведения в действие, таким как двигатель, посредством подвижной конструкции 14 и/или посредством одного или большего количества других компонентов (например, передач, стержней или т.п.)· Устройство 20 приведения в действие может поворачивать поворотное устройство 16 таким образом, что электроды 26, 28 (показаны на фиг. 1) совершают поворот в текучей среде 12 в емкости 24, как описано выше.

Что касается варианта реализации системы 10, показанной на фиг. 6, то на фиг. 7 показан перспективный вид поворотного устройства 16 (например, электродный блок) согласно одному варианту реализации. Поворотное устройство 16 содержит поворотный дисковый электрод с кольцом (RRDE), который содержит дискообразный внутренний электрод 26, кольцеобразный внешний электрод 28, внутренний изолирующий кольцеобразный элемент или корпусную часть 30, и внешний изолирующий кольцеобразный элемент или корпусную часть 32. Внутренний изолирующий кольцеобразный элемент 30 размещен между внешним диаметром дискообразного внутреннего электрода 26 и внутренним диаметром кольцеобразного внешнего электрода 28 и вплотную к ним. Внутренний изолирующий кольцеобразный элемент 30 содержит или сформирован из диэлектрического материала, который предотвращает проведение электрического тока через элемент 30 от внутреннего электрода 26 к внешнему электроду 28 и от внешнего электрода 28 к внутреннему электроду 26. Внутренний изолирующий элемент 30 может отражать изолирующий промежуток 122, показанный на фиг. 1-3, и может предотвращать контакт дискообразного внутреннего электрода 26 с кольцеобразным внешним электродом 28. В альтернативном варианте изолирующий промежуток 122 могут быть сформирован пространственным интервалом между электродами 26, 28 без наличия элемента 30. При необходимости, часть элемента 30 может быть размещена между электродами 26, 28, причем элемент 30 не заполняет все пространство между электродами 26, 28.

Внешний изолирующий кольцеобразный элемент 32 размещен напротив и вокруг внешнего диаметра кольцеобразного внешнего электрода 28. При необходимости, электродный блок 16 может не содержать внешний элемент 32. Дискообразный внутренний электрод 26, кольцеобразный внешний электрод 28 и изолирующие элементы 30 и 32 могут быть соединены друг с другом (например, посредством соединений с тугой посадкой, адгезива или т.п.) таким образом, что электроды 26, 28 и элементы 30, 32 совершают поворот вместе. Каждый из электродов 26, 28 может быть выполнен из проводящего материала, который выбирают для обеспечения контакта указанного проводящего материала с текучей средой 12. Электроды 26, 28 могут быть выполнены из любого подходящего материала, включая, без ограничения, следующие примеры проводящих материалов, например нержавеющая сталь, золото, серебро, платина, углерод, сталь и т.д. В одном аспекте один или большее количество электродов 26, 28 сформировано из того же самого материала, в котором размещена текучая среда 12, когда эту текучую среду 12 используют в аппарате.

Электроды 26, 28 могут быть соединены друг с другом (например, посредством внутреннего изолирующего элемента 30) таким образом, что они совершают перемещение друг с другом. Например, в одном варианте реализации электроды 26, 28 могут быть соединены друг с другом таким образом, что они входят в текущую среду 12 вместе, совершают поворот с той же самой скоростью поворота при нахождении в текучей среде 12 и удаляются из текучей среды 12 вместе. Кроме того, несмотря на то, что каждый из электродов 26, 28, показанных на фиг. 7, отражает единственный проводящий объект, при необходимости, один или оба из электродов 26, 28 могут быть сформированы из множества отдельных проводящих объектов (например, колец, цилиндров, точек и т.п.).

На фиг. 8 показано соотношение 800 между числами Рейнольдса (Re) электродного блока 16 при различных скоростях поворота (RPM) электродного блока 16 в соответствии с одним примером. Соотношение 800 показано вдоль горизонтальной оси 802, отражающей скорости поворота или скорости электродного блока 16, и вертикальной оси 804, отражающей числа Рейнольдса. Как показано на фигуре, относительно большое или максимальное число Рейнольдса, достигаемое с использованием одного варианта реализации электродного блока 16, может составлять приблизительно 2000 при 10000 оборотов в минуту. В альтернативном варианте могут быть достигнуты меньшие или большие числа Рейнольдса.

Согласно описанию варианта реализации системы 10, показанной на фиг. 6, система 10 также содержит управляющее устройство 18, которое используют для приведения в действие устройства 20 приведения в действие. Управляющее устройство 18 может содержать или представляет одну или большее количество схем аппаратного обеспечения или электрических схем, которые содержат или соединены с одним или большим количество устройств обработки данных, управляющих устройств или других логических вычислительных устройств. В одном варианте реализации управляющее устройство 18 отражает компьютер или компьютерное устройство, функционирующее на основании инструкций, которые встроены в схемы (например, монтажные платы) устройства 18. При необходимости, управляющее устройство 18 может функционировать на основании инструкций, хранящихся на материальном или временном машиночитаемом запоминающем устройстве (например, памяти жесткого диска).

Управляющее устройство 18 может быть использовано оператором системы 10 для управления скоростью, с которой устройство 20 приведения в действие поворачивает электроды 26, 28 в текучей среде 12. Управляющее устройство 18 может содержать одно или большее количество устройств ввода (например, кнопки, переключатели, электронный манипулятор типа мышь, сенсорный экран или т.п.), которые приводятся в действие оператором для изменения скорости, с которой устройство 20 приведения в действие поворачивает электроды 26, 28. Измерительное устройство 22 для измерения электрической энергии электрически соединено с электродами 26, 28. Измерительное устройство 22 содержит один или большее количество устройств, которые измеряют количества электрической энергии, индуцированной на электродах 26, 28, путем перемещения текучей среды 12 и электродов 26, 28 относительно друг друга. Например, измерительное устройство 22 может содержать один или большее количество вольтметров, которые измеряют разность электрических потенциалов между электродами 26, 28 в электрической схеме, которая содержит электроды 26, 28. Данная схема может быть открыта между электродами 26, 28. Измерительное устройство 22 может измерять потенциал открытой схемы данной схемы между электродами 26, 28. Например, измерительное устройство 22 может измерять напряжение текучей среды 12 во множестве мест (например, электродах 26, 28) поворотного устройства 16 по мере того, как текучая среда 12 совершает перемещение через поворотное устройство 16 для определения потенциала течения текучей среды 12 на основании разности в измеренном напряжении текучей среды 12 во множестве мест поворотного устройства 16. Вольтметр 22 выполнен с возможностью определения того, что потенциал течения текучей среды 12 больше для больших разностей в измеренном напряжении текучей среды 12 во множестве мест поворотного устройства 16.

Измерительное устройство 22 выполнено с возможностью измерения потенциала течения текучей среды 12 при каждой из различных скоростей поворота на основании разности в измеренном н