Устройство для измерения влагосодержания жидкости

Авторы патента:

G01N22/04 - определение влагосодержания

Владельцы патента RU 2629701:

Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к промышленным влагомерам.

Устройство для измерения влагосодержания жидкости содержит два измерительных участка, на каждом из которых размещен резонатор, включенный в качестве частотозадающего элемента в схему соответствующего автогенератора, выходом соединенного с соответствующим входом вычислительного устройства, выход которого подключен к регистратору. Каждый резонатор выполнен в виде кольцевого резонатора, содержащего подсоединенные к трубопроводу на каждом измерительном участке направленные друг на друга передающую антенну и соответствующую ей приемную антенну, трехплечий циркулятор, одним плечом подсоединенный к передающей антенне, другим плечом - к приемной антенне, а его третье плечо соединено со входом автогенератора. Технический результат – расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения влагосодержания различных жидких веществ, перекачиваемых по трубопроводам.

При измерениях физических параметров веществ, транспортируемых по трубопроводам, часто требуется на практике принимать меры для обеспечения независимости результатов измерения к физическим, в частности электрофизическим, параметрам движущейся влагосодержащей жидкости, в частности нефти или нефтепродукта.

Известны устройства для определения влагосодержания различных жидкостей (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. 208 с. С. 168-177). Эти устройства содержат радиоволновые (ВЧ и СВЧ) чувствительные элементы в виде антенн, волноводов, длинных линий, полосковых линий, резонаторов. В частности, для измерений в трубопроводах такие устройства содержат проточные объемные резонаторы с торцевыми элементами в виде запредельных волноводов (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. 208 с. С. 173-174). Недостатком таких влагомеров является невысокая точность измерения при изменении сортности контролируемых веществ, в частности базового вещества в смеси (эмульсии, растворе и др.).

Известно также техническое решение (SU 1497531 А1, 30.07.1989), содержащее описание устройства, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому устройству и принятое в качестве прототипа. Это известное устройство содержит два измерительных участка, каждый из которых содержит проточный объемный резонатор, встраиваемый в трубопровод с перекачиваемым веществом, включенный в качестве частотозадающего элемента в схему соответствующего автогенератора, вычислительный блок и индикатор. Указанные резонаторы встроены в трубопровод на его измерительном участке последовательно. Устройство позволяет определять влагосодержание вещества независимо от его сортности, являющейся функцией электрофизических параметров вещества. Недостатком данного устройства являются его ограниченные функциональные возможности. Устройство не позволяет проводить изменения в трубопроводах относительно большого диаметра (десятки сантиметров и более), поскольку при увеличении диаметра трубопровода увеличиваются размеры обоих объемных резонаторов и, следовательно, уменьшаются их резонансные частоты. Они обе могут быть при этом частотами ВЧ диапазона, где практически нет частотной дисперсии диэлектрической проницаемости воды. Как результат, устройство становится неработоспособным.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Технический результат в предлагаемом устройстве для измерения влагосодержания жидкости, содержащем два измерительных участка, на каждом из которых размещен резонатор, включенный в качестве частотозадающего элемента в схему соответствующего автогенератора, выходом соединенного с соответствующим входом вычислительного устройства, выход которого подключен к регистратору, достигается тем, что каждый резонатор выполнен в виде кольцевого резонатора, содержащего подсоединенные к трубопроводу на каждом измерительном участке направленные друг на друга передающую антенну и соответствующую ей приемную антенну, трехплечий циркулятор, одним плечом подсоединенный к передающей антенне, другим плечом - к приемной антенне, а его третье плечо соединено со входом автогенератора.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом на фиг. 1.

На фиг. 1 показаны трубопровод 1, автогенераторы 2 и 3, передающие антенны 4 и 5, приемные антенны 6 и 7, циркуляторы 8 и 9, волноводы 10 и 11, вычислительное устройство 12, регистратор 13.

Устройство работает следующим образом.

В данном устройстве реализуют структурный подход к достижению инвариантности к диэлектрической проницаемости ε_н контролируемой жидкости, в частности, к сортности контролируемого вещества, изменения которой имеют место, в частности, при контроле нефти и нефтепродуктов в процессе их транспортирования и переработки. Этот подход связан с организацией двух (и более, если требуется) измерительных каналов с совместным функциональным преобразованием их выходных величин с целью получения результата этого преобразования, который не зависит от возмущающего воздействия, в данном случае - от изменений диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения влажности жидкости, перемещаемой по трубопроводу 1. Схема устройства содержит автогенераторы 2 и 3, в частотозадающие цепи которых включены соответствующие кольцевые резонаторы. Каждый из них содержит подсоединенные к трубопроводу и направленные друг на друга передающую антенну и соответствующую ей приемную антенну, трехплечий циркулятор, одно плечо которого подсоединено к передающей антенне, другое плечо - к приемной антенне, а его третье плечо соединено со входом автогенератора. У одного кольцевого резонатора участки распространения электромагнитных волн содержат, соответственно, передающую антенну 4 и соответствующую ей приемную антенну 6, соединяющий их волновод 10 и трехплечий циркулятор 8, а у другого кольцевого резонатора эти участки содержат передающую антенну 5 и соответствующую ей приемную антенну 7, соединяющий их волновод 11 и трехплечий циркулятор 9. Эти участки распространения электромагнитных волн соединены с автогенераторами 2 и 3 с помощью трехплечих циркуляторов 8 и 9, соответственно.

Частоты f₁ и f₂ этих автогенераторов характеризуют резонансные частоты кольцевых резонаторов, включающих соответствующие приемную и передающую антенны, соединяющий их волновод, циркулятор и участок трубопровода между этими антеннами. Эти частоты несут информацию о влагосодержании W жидкости вследствие наличия фазовых сдвигов и при распространении электромагнитных волн через сечение трубопровода с диаметром D. Диаметр D трубопровода может быть практически произвольным, что расширяет функциональные возможности устройства, позволяя измерять W в трубопроводах как малого (менее ~10 см), так и большого диаметров (десятки сантиметров и более).

В этих выражениях для Δϕ₁, и Δϕ₂ значения и выражаются формулами Винера [1) Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов / Кричевский Е.С., Бензарь В.К., Венедиктов В. М.В. Под общ. ред. Кричевского Е.С. М.: Энергия. 1980. 240 с.; 2) SU 1497531 А1, 30.07.1989], образующими систему уравнений относительно W:

и , где , , и - диэлектрическая проницаемость воды на частотах и , соответственно.

Решая эту систему уравнений, находим значений W (SU 1497531 А1, 30.07.1989):

Частоты и автогенераторов 2 и 3 являются функциями и . Для определения влагосодержания W сигналы частот f₁ и f₂ поступают с блоков 2 и 3 в вычислительное устройство 12, где осуществляется их совместное функциональное преобразование. К выходу вычислительного устройства 12 подсоединен регистратор 13. Выходной сигнал регистратора 13, соответствующий влажности W, инвариантен к величине е_н диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости.

Предлагаемое устройство позволяет производить измерения влагосодержания жидкости в трубопроводах как малого, так и большого диаметра. При этом трубопровод может быть изготовлен как из металла (в трубопроводе предусматриваются при этом диэлектрические окна в стенках трубопровода в местах расположения антенн), так и из диэлектрического материала.

Устройство для измерения влагосодержания жидкости, содержащее два измерительных участка, на каждом из которых размещен резонатор, включенный в качестве частотозадающего элемента в схему соответствующего автогенератора, выходом соединенного с соответствующим входом вычислительного устройства, выход которого подключен к регистратору, отличающееся тем, что каждый резонатор выполнен в виде кольцевого резонатора, содержащего подсоединенные к трубопроводу на каждом измерительном участке направленные друг на друга передающую антенну и соответствующую ей приемную антенну, трехплечий циркулятор, одним плечом подсоединенный к передающей антенне, другим плечом - к приемной антенне, а его третье плечо соединено со входом автогенератора.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Устройство для определения влагосодержания нефти содержит первичный измерительный преобразователь, выполненный в виде СВЧ-генератора с волноводом, в полости которого размещен контрольный участок трубопровода, выполненный из материала, прозрачного для волн СВЧ, ультразвуковой проточный реактор-диспергатор, установленный на трубопроводе до его контрольного участка, и блок контроля и обработки параметров, к входам которого подключены датчик расхода транспортируемого по трубопроводу нефтепродукта, установленный до ультразвукового проточного реактора-диспергатора, и датчики температуры нефтепродукта, размещенные до и после контрольного участка трубопровода.

Способ измерения влагосодержания жидкости // 2614054

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высокоточного измерения влагосодержания различных диэлектрических жидких веществ, в частности нефти и нефтепродуктов, находящихся в емкостях или перекачиваемых по трубопроводам.

Перестраиваемая волноводно-диэлектрическая камера для контроля жидкостей // 2614047

Изобретение относится к области СВЧ-техники и может быть использовано для измерения и контроля жидкостей, в частности водных растворов и суспензий веществ химической и биологической природы, в различных технологических процессах, исследованиях структуры водных растворов, определения влагосодержания углеводородов, в том числе и «на потоке», а также в биофизических исследованиях.

Способ определения малого влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом сосуде // 2594176

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения малого влагосодержания.

Влагомер - диэлькометр (варианты) // 2585255

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя.

Радиофизический способ определения состава почвы // 2585169

Изобретение относится к СВЧ-способу определения содержания физической глины и гумуса в почвах, Способ включает измерение показателя преломления почвы с влажностью, превышающей максимальное содержание связанной воды, образцы которой выдерживают в герметическом контейнере в течение 1-2 суток при комнатной температуре, измеряют показатель преломления на частотах f1=0,35 ГГц и f2=1,75 ГГц, находят разность показателей преломления Δn=n(f1)-n(f2), на частотах f1 и f2 одновременно измеряют и показатель поглощения, находят разность показателей поглощения Δκ=κ(f1)-κ(f2) и определяют массовую долю физической глины С в почве из соотношения: и массовую долю гумуса в почве из соотношения: где С - содержание физической глины в почве (в массовых долях); Δn - разность показателей преломления; Δκ - разность показателей поглощения; Н - содержание гумуса в почве (в массовых долях).

Георадарный способ определения влажности, загрязненности и толщины слоев железнодорожной и автодорожной насыпи с использованием отражательного геотекстиля // 2577624

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и контроля насыпи железных дорог и автодорог. Влажность, загрязненность и толщину слоев насыпи определяют с помощью георадара.

Влагомер (варианты) // 2572819

Изобретение относится к области измерительной электротехники, а именно к влагомеру для контроля влажности жидких и сыпучих материалов путем измерения их диэлектрической проницаемости.

Влагомер // 2572087

Влагомер относится к измерительной технике и может быть использован для контроля влажности материалов путем измерения комплексной диэлектрической проницаемости.

Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах // 2571632

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности, для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.

Способ определения влажности почвы и устройство для его реализации // 2638150

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к устройству и способу определения влажности почвы на основе зависимости диэлектрической проницаемости почвы от ее влажности, и может быть использовано в сельском хозяйстве для оперативного определения влажности почвы. В качестве чувствительного к влажности почвы устройства предложен спиральный резонатор, установленный на внутренней диэлектрической трубе, которая с помощью дисков закреплена внутри внешней диэлектрической трубы. Устройство также содержит измерительный и электронный блоки, два контейнера для почвы, вставленные в корпус на разном удалении от спирального резонатора, электрические зонды, расположенные диаметрально противоположно с оптимальной ориентацией. Повышение чувствительности спирального резонатора к изменению влажности почвы, расширение диапазона измерений, а также удобство в работе с образцами почвы, является техническим результатом изобретения. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 2 пр.

Влагомер и способ измерения влажности // 2641657

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству измерения влажности, и может быть использовано для измерения влажности различных материалов в промышленных условиях. Основное назначение - контроль содержания воды в бетонной смеси непосредственно в бетоносмесителе. Влагомер содержит металлическое основание, которое соприкасается с контролируемым материалом одной внешней своей стороной, на основании сформирован первичный преобразователь, выполненный в виде щелевого излучателя, с внутренней стороны основания установлена измерительная ячейка, которая подключена к боковым кромкам щели в средней ее части по длине. Влажность определяют по частоте резонанса, при котором входной ток щелевого излучателя достигает минимума. Повышение точности измерения влажности контролируемого материала при увеличении глубины измерений является техническим результатом изобретения. Конструкция влагомера обладает повышенной механической прочностью . 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Свч-устройство для измерения влажности почвы // 2641715

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройству для измерения влажности почвы, и может использоваться в сельском хозяйстве для исследования физико-механических свойств почвы, в частности влажности почвы. В корпусе (1) СВЧ-устройства размещен силовой блок излучателя (2), СВЧ-излучатель (3) содержит резонаторную камеру (4) и соединен через диэлектрическую мембрану (5) с рабочей камерой (7), образуя при этом герметичный волновод, связывающий ее с детектором СВЧ-излучения (8), измеряющим интенсивность СВЧ-излучения, прошедшего сквозь исследуемую пробу почвы. При этом в рабочую камеру (7) посредством окна доступа (11) устанавливается испытуемая проба почвы, заключенная в диэлектрическую емкость (6). Детектор СВЧ-излучения (8) посредством блока обработки данных (9) соединен с панелью индикации влажности почвы (10). Управление работой устройства осуществляется с помощью панели управления излучателем (12), установленной на корпусе (1). Устройство снабжено модулем глобального позиционирования (13), определяющим координаты точек измерения влажности, который связан с блоком обработки данных (9) и установлен в корпусе. Блок обработки данных (9) получает сигналы от детектора СВЧ-излучения (8), модуля глобального позиционирования (13), результаты выводит на панель индикации влажности почвы (10). Повышение достоверности и точности результатов измерения влажности, является техническим результатом изобретения. Устройство позволяет получать результаты измерений в привязке к координатам точек взятия проб почвы. Устройство является универсальным для работы с любыми типами и составами почв. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.