RU2073852C1 - Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products - Google Patents
Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2073852C1 RU2073852C1 SU5047900A RU2073852C1 RU 2073852 C1 RU2073852 C1 RU 2073852C1 SU 5047900 A SU5047900 A SU 5047900A RU 2073852 C1 RU2073852 C1 RU 2073852C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- shf
- transmission line
- petroleum
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники СВЧ диапазона длин и волн и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для контроля качества нефти и нефтепродуктов непосредственно в трубопроводе. The invention relates to the field of measuring technology of the microwave range of wavelengths and waves and can be used in the oil and refining industries to control the quality of oil and oil products directly in the pipeline.
Известно СВЧ устройство для измерения влагосодержания в нефти и нефтепродуктах [1] содержащее первичный измерительный преобразователь, выполненный в виде одномодового волновода, генератор СВЧ колебаний и приемник прошедших через исследуемый продукт СВЧ колебаний, электрически связанные с волноводом. A microwave device for measuring the moisture content in oil and petroleum products [1] is known, which contains a primary measuring transducer made in the form of a single-mode waveguide, a microwave oscillation generator, and a receiver of microwave oscillations that have passed through the studied product and are electrically connected to the waveguide.
Недостатком известного устройства является высокая погрешность измерений. Связано это с тем, что при использовании одномодового волновода с поперечным сечением, эквивалентны по пропускной способности стандартному нефтепроводу (диаметр ≈ 50 мм), измерения ведут на относительно низких частотах. Известно, однако что с уменьшением измерительной частоты увеличивается абсолютная погрешность измерения влагосодержания нефти. A disadvantage of the known device is the high measurement error. This is due to the fact that when using a single-mode waveguide with a cross section, they are equivalent in bandwidth to a standard oil pipeline (diameter ≈ 50 mm), measurements are carried out at relatively low frequencies. It is known, however, that with a decrease in the measuring frequency, the absolute error in measuring the moisture content of oil increases.
Известно также СВЧ устройство для измерения влагосодержания в нефти и нефтепродуктах [2] содержащее первичный измерительный преобразователь, представляющий собой СВЧ линию передачи в виде отрезка трубопровода, в противоположных стенках которого расположены радиопрозрачные окна с присоединенными к ним передающей и приемной рупорными антеннами, генератор СВЧ колебаний, связанный с передающей антенной, и приемник прошедших через исследуемый продукт СВЧ колебаний, связанный с приемной антенной. It is also known microwave device for measuring the moisture content in oil and oil products [2] containing a primary measuring transducer, which is a microwave transmission line in the form of a pipe section, in the opposite walls of which are translucent windows with attached transmitting and receiving horn antennas, a microwave oscillator, associated with the transmitting antenna, and the receiver passed through the investigated product microwave oscillations associated with the receiving antenna.
Абсолютная погрешность измерений этой конструкции может быть снижена путем увеличения диаметра трубопровода. Однако с ростом диаметра трубопровода снижается коэффициент передачи СВЧ колебаний за счет расходимости электромагнитного поля в такой линии передачи, а также возникают технические сложности выполнения герметичных радиопрозрачных окон большого размера. The absolute measurement error of this design can be reduced by increasing the diameter of the pipeline. However, with an increase in the diameter of the pipeline, the transmission coefficient of microwave oscillations decreases due to the divergence of the electromagnetic field in such a transmission line, as well as technical difficulties arise in the implementation of large sealed radio-transparent windows.
Из числа известных технических решений наиболее близким к предложенному является устройство для измерения влагосодержания в нефти и нефтепродуктах [3] содержащее первичный измерительный преобразователь, выполненный в виде двухпроводной СВЧ линии передачи, расположенной в отрезке трубопровода, генератор СВЧ колебаний и приемник прошедших через исследуемый продукт СВЧ колебаний, электрически связанные с СВЧ линией передачи. Рабочая частота этого устройства не превышает 1 ГГц, что не позволяет существенно снизить погрешность измерений. Of the known technical solutions, the closest to the proposed one is a device for measuring the moisture content in oil and oil products [3] containing a primary measuring transducer made in the form of a two-wire microwave transmission line located in a section of the pipeline, a microwave oscillator and a receiver of microwave oscillations transmitted through the test product electrically connected to the microwave transmission line. The operating frequency of this device does not exceed 1 GHz, which does not significantly reduce the measurement error.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в уменьшении абсолютной погрешности измерения влагосодержания в нефтепродуктах обусловленной сортностью нефтепродукта, соленостью воды и температурой смеси. The problem solved by this invention is to reduce the absolute error in measuring the moisture content in oil products due to the grade of the oil product, salinity of the water and the temperature of the mixture.
Для решения поставленной задачи в известном СВЧ устройстве для измерения влагосодержания в нефти и нефтепродуктах, содержащем первичный измерительный преобразователь, выполненный в виде СВЧ линии передачи, расположенной в отрезке трубопровода, генератор СВЧ колебаний и приемник прошедших через исследуемый продукт СВЧ колебаний, электрически связанные с СВЧ линией передачи, упомянутая СВЧ линия передачи выполнена в виде металлического проводника с диаметром d, выбранном из условия
где с скорость света,
f рабочая частота генератора СВЧ колебаний, выбранная в интервале (27 - 33) ГГц,
e диэлектрическая проницаемость исследуемого продукта.To solve the problem in a known microwave device for measuring moisture in oil and petroleum products, containing a primary measuring transducer made in the form of a microwave transmission line located in a section of the pipeline, a microwave oscillator and a receiver of microwave oscillations transmitted through the test product, electrically connected to the microwave line transmission, said microwave transmission line is made in the form of a metal conductor with a diameter d selected from the condition
where with the speed of light
f operating frequency of the microwave oscillator, selected in the interval (27 - 33) GHz,
e dielectric constant of the test product.
СВЧ линия передачи связана с генератором и приемником СВЧ колебаний через согласующие переходы, размещенные в полых металлических пальцах, установленных в поперечных сечениях отрезка трубопровода. Внутренняя поверхность этого отрезка может быть покрыта материалом, поглощающим СВЧ излучение. The microwave transmission line is connected to the generator and receiver of microwave oscillations through matching transitions located in hollow metal fingers installed in cross sections of a section of the pipeline. The inner surface of this segment may be coated with a material that absorbs microwave radiation.
Изобретение поясняется прилагаемым рисунком, на котором показана конструкция предложенного устройства. Оно содержит отрезок 1 трубопровода с фланцами 2, два полых металлических пальца 3, установленных в поперечных сечениях отрезка 1 трубопровода, и размещенные в полых металлических пальцах 3 согласующие переходы, каждый из которых состоит из отрезка одномодового волновода 4 с фланцем 5 с одного конца и подстроечным короткозамыкающим поршнем 6 с другого конца. В стенке каждого волновода 4 выполнено отверстие связи, в которое входит полый винт 7 с уплотняющей втулкой 8. В отрезке 1 трубопровода вдоль его оси расположен металлический проводник 9, концы которого закреплены в уплотняющих втулках 8. К одному из согласующих переходов подключается выход генератора СВЧ колебаний, а к другому вход приемника СВЧ колебаний (на рис. не показаны). Металлический проводник 9, электрически связанный через одномодовые волноводы 4 с генератором и приемником СВЧ колебаний, образует открытую однопроводную СВЧ линию передачи. Диаметр d его выбирается из условия
где lд длина волны СВЧ колебаний в исследуемом продукте, с скорость света, f рабочая частота генератора СВЧ колебаний, ε диэлектрическая проницаемость исследуемого продукта. Такое ограничение диаметра проводника позволяет исключить возбуждение в нем высших типов поверхностных волн, являющихся источником погрешности измерений. В случае выполнения отрезка 1 трубопровода из металла внутренняя поверхность его покрывается материалом 10, поглощающим СВЧ излучение, например, эпоксидной смолой с добавлением сажи, для предотвращения влияния металлической стенки трубопровода на электрические свойства однопроводной СВЧ линии передачи. Отрезок 1 трубопровода с помощью фланцев 2 монтируется непосредственно в нефтепровод. Устройство работает следующим образом. СВЧ сигнал с выхода генератора СВЧ колебаний поступает через входной согласующий переход на вход однопроводной линии передачи, образованной металлическим проводником 4, и возбуждает в ней бегущую электромагнитную волну, распространяющуюся вдоль отрезка 1 трубопровода. С выхода линии передачи СВЧ сигнал поступает через согласующий переход на приемник СВЧ колебаний и затем на индикатор, регистрирующий уровень выходного сигнала. При заполнении трубопровода исследуемым продуктом (нефтью или нефтепродуктом) часть энергии бегущей электромагнитной волны поглощается, при этом величина поглощения зависит от диэлектрических свойств исследуемого продукта. Для определения влагосодержания в нефти и нефтепродуктах используется тот факт, что при достаточно высокой частоте бегущей электромагнитной волны (f ≈ десятков ГГц) поглощение энергии ее в воде достаточно велико (≈ 20 дБ/мм), а в сухой нефти незначительно (≈ 0,015 дБ/мм). Поэтому, измеряя коэффициент передачи (отношение уровней СВЧ сигнала на выходе и на входе линии передачи), можно с достаточно высокой точностью определить процентное содержание воды в исследуемом продукте.The invention is illustrated by the attached figure, which shows the design of the proposed device. It contains a pipe segment 1 with flanges 2, two hollow metal fingers 3 installed in cross sections of a pipe segment 1, and matching transitions placed in hollow metal fingers 3, each of which consists of a segment of a single-mode waveguide 4 with a flange 5 at one end and a tuning short-circuit piston 6 from the other end. A communication hole is made in the wall of each waveguide 4, into which a hollow screw 7 with a sealing sleeve 8 enters. In the pipe segment 1, a metal conductor 9 is located along its axis, the ends of which are fixed in the sealing sleeves 8. The output of the microwave oscillator is connected to one of the matching transitions , and to another input of the receiver of microwave oscillations (not shown in Fig.). A metal conductor 9, electrically connected through single-mode waveguides 4 with a generator and a receiver of microwave oscillations, forms an open single-wire microwave transmission line. Its diameter d is selected from the condition
where l d oscillation wavelength of the microwave in the test product with the velocity of light, f operating frequency of the microwave generator oscillations, ε the dielectric permittivity of the test product. Such a limitation of the diameter of the conductor makes it possible to exclude the excitation of higher types of surface waves in it, which are a source of measurement error. If a segment 1 of a pipeline is made of metal, its inner surface is covered with a material 10 that absorbs microwave radiation, for example, epoxy resin with the addition of soot, to prevent the metal wall of the pipeline from affecting the electrical properties of a single-wire microwave transmission line. Line segment 1 using flanges 2 is mounted directly in the pipeline. The device operates as follows. The microwave signal from the output of the microwave oscillator comes through an input matching transition to the input of a single-wire transmission line formed by a metal conductor 4, and excites a traveling electromagnetic wave propagating along the pipe segment 1 in it. From the output of the transmission line, the microwave signal enters through the matching transition to the receiver of microwave oscillations and then to the indicator that registers the level of the output signal. When a pipeline is filled with a test product (oil or oil product), part of the energy of a traveling electromagnetic wave is absorbed, and the absorption value depends on the dielectric properties of the test product. To determine the moisture content in oil and petroleum products, the fact is used that, at a sufficiently high frequency of a traveling electromagnetic wave (f ≈ tens of GHz), its energy absorption in water is quite large (≈ 20 dB / mm), and slightly in dry oil (≈ 0.015 dB / mm). Therefore, by measuring the transmission coefficient (the ratio of the levels of the microwave signal at the output and at the input of the transmission line), it is possible to determine with sufficient accuracy the percentage of water in the test product.
Исследования авторов изобретения показали, что абсолютная погрешность измерения влагосодержания в нефти с помощью предложенного устройства может быть существенно уменьшена путем оптимального выбора диапазона частот СВЧ колебаний, в котором производятся измерения. Этот диапазон, в котором выбирается рабочая частота генератора СВЧ колебаний, составляет (27oC33) ГГц. При измерениях на этих частотах дополнительная погрешность от изменения сорта сухой нефти не превышает 0,1% и одновременно изменение поглощения воды от мольной солености в пределах от 0 до 2,5 в интервале температур (10oC40)oС не превышает 2%
Испытания макета предложенного устройства на калиброванных смесях нефтей разных сортов с водой в широких пределах изменения температуры и солености воды показали, что оно обеспечивает абсолютную погрешность измерения влагосодержания в нефти ≈ 0,05% при максимальном влагосодержании 1% без коррекции по сортности, солености воды и температуре смеси.Studies of the inventors have shown that the absolute error in measuring the moisture content in oil using the proposed device can be significantly reduced by the optimal choice of the frequency range of microwave oscillations in which measurements are made. This range, in which the operating frequency of the microwave oscillator is selected, is (27 ° C33) GHz. When measuring at these frequencies, the additional error from the change in the grade of dry oil does not exceed 0.1% and at the same time the change in water absorption from molar salinity in the range from 0 to 2.5 in the temperature range (10 o C40) o С does not exceed 2%
Tests of the model of the proposed device on calibrated mixtures of oils of different varieties with water over a wide range of temperature and salinity changes showed that it provides an absolute error in measuring the moisture content in oil ≈ 0.05% at a maximum moisture content of 1% without correction for grade, water salinity and temperature mixtures.
Источники информации
1. Демьянов А.А. Мериакри В.В. "Об одном способе автоматического определения влагосодержания в нфти". Автометрия, 1970, N5.Sources of information
1. Demyanov A.A. Meriakri V.V. "About one method for automatically determining the moisture content in the NFTI." Autometry, 1970, N5.
2. Патент США N 4301400, G 01 R 27/04, опубл. 17.11.81. 2. US patent N 4301400, G 01 R 27/04, publ. 11.17.81.
3. Патентная заявка Великобритании N 2110377, G 01 N 22/00, опубл. 15.06.83. 3. Patent application of Great Britain N 2110377, G 01 N 22/00, publ. 06/15/83.
Claims (3)
где С скорость света,
f рабочая частота генератора СВЧ-колебаний, выбранная в интервале 27 - 33 ГГц,
e - диэлектрическая проницаемость исследуемого продукта.1. A microwave device for measuring the moisture content in oil products and oil, containing a primary measuring transducer made in the form of a microwave transmission line located in a section of the pipeline, a microwave oscillator and a receiver of microwave oscillations transmitted through the test product, electrically connected to microwave transmission line, characterized in that the microwave transmission line is made in the form of a metal conductor with a diameter d selected from the condition
where C is the speed of light,
f operating frequency of the microwave oscillator, selected in the range 27 - 33 GHz,
e is the dielectric constant of the investigated product.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5047900 RU2073852C1 (en) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5047900 RU2073852C1 (en) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2073852C1 true RU2073852C1 (en) | 1997-02-20 |
Family
ID=21607091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5047900 RU2073852C1 (en) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2073852C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550822C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for oil product dehydration by water drop evaporation |
| RU2617695C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Device for determining moisture content |
-
1992
- 1992-05-21 RU SU5047900 patent/RU2073852C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. - М.: Наука, 1978, с.251. Патент Великобритании N 2110377, кл. G 01N 22/00, 1982. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550822C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Device for oil product dehydration by water drop evaporation |
| RU2617695C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Device for determining moisture content |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5101163A (en) | Oil/water measurement | |
| US5351521A (en) | Measurement of gas and water content in oil | |
| AU642436B2 (en) | Improvements to oil/water measurement | |
| US4755743A (en) | Method and apparatus for measuring the moisture content or dry-matter content of materials using a microwave dielectric waveguide | |
| JP7521672B2 (en) | MEASUREMENT APPARATUS, MEASUREMENT SYSTEM, AND MEASUREMENT METHOD | |
| RU2626409C1 (en) | Method of measuring physical properties of liquid | |
| RU2073852C1 (en) | Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products | |
| RU2327958C2 (en) | Device and process of level measurement by radiolocation | |
| US10801873B2 (en) | System and method for determining level and density distribution | |
| RU2536184C1 (en) | Concentration meter | |
| RU2199731C1 (en) | Device for determination of oil product humidity in pipe line | |
| RU2135984C1 (en) | Method of determining water content in oil stream of an oil deposit | |
| RU2131600C1 (en) | Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline | |
| RU2164021C2 (en) | Device determining concentration of mixture of various substances | |
| SU1196742A1 (en) | Moisture meter | |
| RU2066457C1 (en) | Device for measuring characteristics of dielectric materials | |
| RU2762058C1 (en) | Device for measuring the physical properties of a dielectric liquid | |
| SU1377690A1 (en) | Apparatus for measuring moisture content in materials | |
| JPH11166951A (en) | Method and device for measuring dielectric constant | |
| SU1002926A1 (en) | Uhf pickup for measuring one component percentage in mixture | |
| SU1659730A1 (en) | Process of measurement of substance level and device thereof | |
| RU2279666C1 (en) | Method of determining volume moisture content of water-saturated oil product in metallic vessel | |
| JPS59102146A (en) | Moisture measuring apparatus using microwave | |
| JPH0524047Y2 (en) | ||
| SU1566305A1 (en) | Method of determining attenuation of dielectric materials |