Устройство для определения влажности нефтепродуктов в трубопроводе

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Техническим результатом является повышение точности измерения. Устройство содержит первый микроволновый генератор, подключенный к циркулятору, первый элемент связи, расположенный на наружной поверхности круглого волнового резонатора, первый детектор, измеритель амлитудно-частотных характеристик, второй микроволновый генератор, подключенный ко второму элементу связи, расположенному на наружной поверхности диэлектрической трубы, третий элемент связи, второй детектор, подключенный к делителю, блок индикации. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен сверхвысокочастотный влагомер нефти резонансного типа (Кастл Г. С. , Робертс Д. СВЧ-прибор для непрерывного контроля содержания воды в сырой нефти - ТИИЭР, 1976, 62, 1, стр.128-133), содержащий измерительный и эталонный резонаторы. В центре измерительного резонатора этого влагомера вмонтирована тонкостенная диэлектрическая труба, по которой пропускается поток контролируемой среды, ответвляемый от основной магистрали. Эталонный резонатор заполнен полностью обезвоженной нефтью. В устройстве по величине сдвига резонансных частот двух резонаторов определяют содержание воды в нефти.

Недостатком указанного устройства следует считать сложность процедуры заполнения эталонного резонатора обезвоженной нефтью при изменении ее сортности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство (Влагомер, А.С. СССР 1196742, Кл. G 01 N 22/04, Б. И. 45, 1985), содержащее трубопровод, по которому прокачивают жидкость, генератор для возбуждения в нем через элемент связи электромагнитных колебаний, детектор и резонансную антенну, в дальней зоне которой в направлении главного лепестка размещен индикатор. В устройстве по ориентации главного лепестка резонансной антенны определяют содержание воды в измерительной жидкости. Этот влагомер жидкости не обеспечивает высокой точности измерений из-за влияния сортности нефти и осадков на стенках трубопровода на результат измерения.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение точности измерения.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для определения влажности нефтепродуктов в трубопроводе, содержащее первый элемент связи, расположенный на наружной поверхности трубопровода, первый микроволновый генератор, первый детектор и блок индикации, введены встроенные последовательно в трубопровод круглый волноводный резонатор с соосной цилиндрической перегородкой на каждом конце и отрезок диэлектрической трубы с расположенными диаметрально на его наружной поверхности вторым и третьим элементами связи и дополнительно содержит второй микроволновый генератор, второй детектор, циркулятор, делитель и измеритель амплитудно-частотных характеристик, причем выход второго микроволнового генератора соединен со вторым элементом связи, выход первого микроволнового генератора подключен к первому плечу циркулятора (Лебедев И.В. "Техника и приборы СВЧ", издательство "Высшая школа", M., стр.293), второе плечо которого соединено с первым элементом связи, третье плечо циркулятора через первый детектор подключено ко входу измерителя амплитудно-частотных характеристик, выход которого соединен с первым входом делителя, третий элемент связи через второй детектор подключен ко второму входу делителя, выход делителя соединен с блоком индикации.

Существенным отличительным признаком в указанной выше совокупности является наличие круглого волноводного резонатора и диэлектрической (фторопластовой) трубы, встроенных последовательно в трубопровод.

В заявленном техническом решении, благодаря свойствам совокупности перечисленных признаков, преобразование резонансной частоты круглого волноводного резонатора и прошедшего через транспортируемый по диэлектрической трубе поток электромагнитного сигнала позволяет решить поставленную задачу: обеспечить более высокую точность измерения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема устройства, а на фиг.2, 3 и 4 - зависимости амплитудного, частотного и преобразованного сигналов от влагосодержания в контролируемом потоке.

Устройство содержит первый микроволновый генератор 1, подключенный выходом к циркулятору 2, первый элемент связи 3, круглый волноводный резонатор 4, первый детектор 5, измеритель амплитудно-частотный характеристик 6, второй микроволновый генератор 7, подключенный выходом ко второму элементу связи 8, диэлектрическую трубу 9, третий элемент связи 10, подключенный через второй детектор 11 к делителю 12, блок индикации 13. На фиг. 1 под 14 обозначен трубопровод.

В месте (поверхность круглого волноводного резонатора) расположения первого элемента связи, осуществляющего ввод в механический резонатор и вывод из него электромагнитных колебаний, необходимо предусмотреть герметичное диэлектрическое окно.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитные колебания фиксированной частоты второго микроволнового генератора 7 через второй элемент связи 8 поступают в диэлектрическую трубу 9 и взаимодействуют с измеряемой средой. После этого прошедший через поток сигнал улавливается третьим элементом связи 10 и переносится на вход второго детектора 11. На выходе последнего образуется продетектированный сигнал, амплитуда которого дает возможность через диэлектрическую проницаемость ε обводненного нефтепотока определить влагосодержание W в контролируемой среде.

Согласно предлагаемому техническому решению при одновременном возбуждении электромагнитных колебаний в круглом волноводном резонаторе 4 можно обеспечить частотное измерение W. Для этого с выхода первого микроволнового генератора 1 электромагнитный сигнал качающейся частоты с помощью первого плеча циркулятора 2 поступает в первый элемент связи 3, осуществляющий одновременно ввод в измерительный резонатор с нефтепотоком и вывод из него электромагнитной энергии. Полость резонатора, имеющего соосную цилиндрическую перегородку на каждом конце, способствует поддержанию резонанса Н₀₁₁-режима. Благодаря такому режиму типа колебаний, напряжение электрического поля которого равно нулю на внутренней поверхности резонатора, исключается чувствительность к осадкам и другим загрязнениям на стенках резонатора.

В данном случае для обнаружения резонанса и слежения за резонансным импульсом сигнал, поступающий от первого элемента связи во второе плечо циркулятора, с помощью третьего плеча последнего переносится на вход первого детектора 5. Далее, выходной сигнал последнего поступает на вход измерителя амплитудно-частотных характеристик 6, где наблюдается резонансная кривая. Здесь по величине центральной частоты полученной резонансной кривой можно определить (через ε) влaгocoдepжaниe W.

Экспериментальные зависимости выходного сигнала второго детектора U и резонансной частоты резонатора f_р от измерений влагосодержания в нефтепотоке приведены на фиг.2 и 3 соответственно. Из этих характеристик, полученных в трехсантиметровом диапазоне длин волн, видно, что как в амплитудном, так и в частотном измерениях, имеет место влияние сортности (диэлектрической проницаемости нефтепродукта) на результат измерения.

При контроле сред с различными диэлектрическими проницаемостями подобное влияние сортности может оказаться существенной погрешностью в определении влажности (до 5% воды) измеряемых потоков. Уменьшение такого рода неточности в предлагаемом устройстве достигается путем совместного преобразования результатов амплитудных и частотных измерений влагосодержания. В соответствии с этим информативные сигналы с выходов второго детектора и измерителя амплитудно-частотных характеристик поступают на второй и первый входы делителя 12 соответственно. В результате на выходе последнего образуется сигнал, соответствующий величине f_р/U в функции от W. Преобразованный сигнал позволяет получить меру влагосодержания, которая практически не зависит от ε измеряемых сред (смотри фигуру 4). В данном случае для отображения информации о влажности W в процентах выходной сигнал делителя поступает в блок индикации 13.

В предлагаемом техническом решении использование в качестве измерительного участка диэлектрической трубы из второпласта в силу его физико-химических свойств исключает образование налипания и других загрязнений на стенках измерительной трубы.

Таким образом, в заявляемом устройстве на базе круглого волноводного резонатора, возбужденного колебаниями типа Н₀₁₁, и отрезка второпластовой трубы, встроенных последовательно в трубопровод, можно обеспечить высокую точность влагосодержания.

Формула изобретения

Устройство для определения влажности нефтепродуктов в трубопроводе, содержащее первый элемент связи, расположенный на наружной поверхности трубопровода, первый микроволновой генератор, первый детектор и блок индикации, отличающееся тем, что оно содержит второй микроволновый генератор, второй детектор, циркулятор, делитель, измеритель амплитудно-частотных характеристик и встроенные последовательно в трубопровод круглый волноводный резонатор с соосной цилиндрической перегородкой на каждом конце, отрезок диэлектрической трубы с расположенными диаметрально на его наружной поверхности вторым и третьим элементами связи, причем выход второго микроволнового генератора соединен со вторым элементом связи, выход первого микроволнового генератора подключен к первому плечу циркулятора, второе плечо которого соединено с первым элементом связи, третье плечо циркулятора через первый детектор подключено ко входу измерителя амплитудно-частотных характеристик, выход которого соединен с первым входом делителя, третий элемент связи через второй детектор подключен ко второму входу делителя, выход делителя соединен с блоком индикации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4