RU2131600C1 - Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline - Google Patents

Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline Download PDF

Info

Publication number
RU2131600C1
RU2131600C1 RU97119330A RU97119330A RU2131600C1 RU 2131600 C1 RU2131600 C1 RU 2131600C1 RU 97119330 A RU97119330 A RU 97119330A RU 97119330 A RU97119330 A RU 97119330A RU 2131600 C1 RU2131600 C1 RU 2131600C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
moisture content
dielectric
oil product
pipeline
resonator
Prior art date
Application number
RU97119330A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.Н. Ахобадзе
Original Assignee
Институт проблем управления РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем управления РАН filed Critical Институт проблем управления РАН
Priority to RU97119330A priority Critical patent/RU2131600C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2131600C1 publication Critical patent/RU2131600C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline consists in excitation of electromagnetic oscillations in open resonator formed by two quarter-spherical reflectors installed in diametrical opposition on outer surface of dielectric pipeline, in measurement of inherent resonance frequency of open resonator and width of its resonance curve at half-power level and in determination of moisture content in oil product in correspondence with given relation. EFFECT: decreased measurement error. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.

Известен способ определения влагосодержания (а.с. СССР N 1015287, Бюл. N 16, 1983 г. ), согласно которому по разности поглощений СВЧ-излучения в контролируемой нефти и в эталонном образце из фторопласта судят о величине влагосодержания в непрерывном потоке товарной нефти. A known method for determining moisture content (AS USSR N 1015287, Bull. N 16, 1983), according to which the difference in the absorption of microwave radiation in a controlled oil and in a reference sample of fluoroplastic judge the value of moisture content in a continuous flow of crude oil.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры определения влагосодержания, связанная с вводом эталонного образца в зону распространения излучения. The disadvantage of this known method is the complexity of the procedure for determining moisture content associated with the introduction of a reference sample into the radiation propagation zone.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения влагосодержания сырой нефти (В.А.Викторов и др. "Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин", М.: Наука, 1978, с. 254). Устройство, реализующее указанный способ, содержит измерительный и эталонный резонаторы, подсоединенные через усилитель к осциллографу, аттенюатор, детектор и источник излучения. В этой разработке по разности частот эталонного резонатора, заполненного обезвоженной нефтью, и измерительного резонатора, в центре которого вмонтирована диэлектрическая трубка для пропускания потока контролируемой среды, ответвленного от основной магистрали, определяют влагосодержание измеряемой среды. The closest technical solution to the proposed one is the method adopted by the author for determining the moisture content of crude oil (V.A. Viktorov et al. "High-frequency method for measuring non-electric quantities", Moscow: Nauka, 1978, p. 254). A device that implements the specified method contains measuring and reference resonators connected through an amplifier to an oscilloscope, an attenuator, a detector, and a radiation source. In this development, the moisture content of the measured medium is determined from the frequency difference between the reference resonator filled with dehydrated oil and the measuring resonator, in the center of which a dielectric tube is mounted to pass the flow of the controlled medium branched from the main line.

Недостатком этой разработки следует считать погрешность, обусловленную изменением диэлектрической проницаемости измеряемой нефти. The disadvantage of this development should be considered the error due to changes in the dielectric constant of the measured oil.

Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения влагосодержания. The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring moisture content.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом трубопроводе, основанном на использовании колебательных характеристик возбужденного электромагнитными колебаниями резонатора, электромагнитные колебания возбуждают в открытом резонаторе, образованном двумя четвертьсферическими отражателями, устанавливаемыми диаметрально на наружную поверхность диэлектрического трубопровода, измеряют собственную резонансную частоту ω открытого резонатора и ширину его резонансной кривой Δω на уровне половины мощности и определяют влагосодержание W нефтепродукта по формуле

Figure 00000002

где q - постоянное число, C - скорость распространения электромагнитных волн, α - относительная потеря энергии при единичном взаимодействии волны с отражателями, D - наружный диаметр трубопровода, εт - диэлектрическая проницаемость трубопровода.This object is achieved in that in a method for determining the moisture content of an oil product in a dielectric pipeline based on the use of the vibrational characteristics of a resonator excited by electromagnetic waves, electromagnetic waves are excited in an open resonator formed by two quarter-spherical reflectors installed diametrically on the outer surface of the dielectric pipeline, and the natural resonant frequency ω is measured open resonator and the width of its resonant cr willow Δω at half power and determine the moisture content W of the oil product according to the formula
Figure 00000002

where q is a constant number, C is the propagation velocity of electromagnetic waves, α is the relative energy loss during a single interaction of the wave with reflectors, D is the outer diameter of the pipeline, ε t is the dielectric constant of the pipeline.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что по двум информативным параметрам открытого резонатора (собственной резонансной частоте и ширине резонансной кривой) судят о влагосодержании нефтепродукта в диэлектрическом трубопроводе. The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that two informative parameters of the open resonator (natural resonance frequency and the width of the resonance curve) judge the moisture content of the oil in the dielectric pipeline.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу определения влагосодержания нефтепродукта с желаемым техническим результатом, т.е. высокой точностью измерения. The presence in the claimed method of the totality of these essential features allows us to solve the problem of determining the moisture content of the oil product with the desired technical result, i.e. high accuracy of measurement.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. The drawing shows a functional diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит генератор качающейся частоты 1, первый и второй четверть сферические отражатели 2 и 3, установленные диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода 4, входной элемент связи 5, выходной элемент связи 6, подключенный ко входу детектора 7 и блок для исследования амплитудно-частотных характеристик 8. A device that implements this technical solution comprises a oscillating frequency generator 1, first and second quarter spherical reflectors 2 and 3 mounted diametrically on the outer surface of the dielectric pipe 4, an input coupling element 5, an output coupling element 6 connected to the input of the detector 7 and a unit for studies of amplitude-frequency characteristics 8.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. The proposed method is as follows.

Как известно при возбуждении электромагнитных колебаний в открытом резонаторе для его резонансной частоты ω можно записать

Figure 00000003

где l - расстояние между отражателями, q - большое число (практически q>3) C - скорость распространения электромагнитной волны между отражателями. Здесь принимается, что величина дифракционных потерь P ≃ O.As is known, when electromagnetic waves are excited in an open resonator, for its resonant frequency ω, we can write
Figure 00000003

where l is the distance between the reflectors, q is a large number (practically q> 3) C is the propagation velocity of the electromagnetic wave between the reflectors. It is assumed here that the magnitude of diffraction loss is P ≃ O.

В рассматриваемом случае, если отражатели установить на наружную поверхность диэлектрического трубопровода, то в формуле (I) вместо l - следует использовать наружный диаметр трубопровода, а вместо C - значение скорости волны при ее распространении через диэлектрический трубопровод с измеряемым диэлектрическим нефтепродуктом. In the case under consideration, if the reflectors are installed on the outer surface of the dielectric pipeline, then in the formula (I) instead of l, the outer diameter of the pipeline should be used, and instead of C, the value of the wave velocity when it propagates through the dielectric pipeline with the measured dielectric oil product.

В силу этого формула (I) примет следующий вид:

Figure 00000004

где D - наружный диаметр трубопровода, K - параметр, учитывающий влияние диэлектрических свойств трубопровода и измеряемого водоэмульсионного потока на скорость распространения волны одновременно.By virtue of this, formula (I) takes the following form:
Figure 00000004

where D is the outer diameter of the pipeline, K is a parameter that takes into account the influence of the dielectric properties of the pipeline and the measured water-emulsion flow on the wave propagation velocity simultaneously.

В данном случае параметр K с определенной точностью можно представить как сумму диэлектрических проницаемостей трубопровода εт и обводненного нефтепродукта εн. Так как величина εт зависит от материала, из которого изготовлен трубопровод, то ее в процессе измерения можно считать постоянной.In this case, the parameter K can be represented with a certain accuracy as the sum of the dielectric permittivities of the pipeline ε t and the watered oil product ε n . Since the value of ε t depends on the material of which the pipeline is made, it can be considered constant during the measurement process.

Тогда, как следует из последней формулы, при постоянных значениях εт и D изменение резонансной частоты ω будет определяться изменением диэлектрической проницаемости водоэмульсионного потока.Then, as follows from the last formula, at constant values of ε t and D, the change in the resonant frequency ω will be determined by the change in the dielectric constant of the water emulsion flow.

Вышесказанное и известная зависимость диэлектрической проницаемости обводного потока (формула Винера) от влагосодержания позволяют получить выражение, определяющее связь резонансной частоты открытого резонатора от влагосодержания в потоке нефтепродукта. The above and the known dependence of the dielectric permittivity of the bypass stream (Wiener formula) on the moisture content allow us to obtain an expression that determines the relationship between the resonant frequency of the open resonator and the moisture content in the oil product stream.

Figure 00000005

Отсюда для влагосодержания W в потоке нефтепродукта имеем
Figure 00000006

Из последнего выражения видно, что при постоянных значениях диэлектрических проницаемостей нефтепродукта εн и диэлектрического трубопровода, а также его наружного диаметра по резонансной частоте открытого резонатора, образованного двумя отражателями, установленными на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, можно оценить величину влагосодержания в обводненном нефтепотоке.
Figure 00000005

Hence, for the moisture content of W in the oil product stream, we have
Figure 00000006

It can be seen from the last expression that, at constant values of the dielectric constant of the oil product ε n and the dielectric pipeline, as well as its outer diameter from the resonant frequency of the open resonator formed by two reflectors installed on the outer surface of the dielectric pipeline, it is possible to estimate the moisture content in the watered oil flow.

Однако при изменении диэлектрической проницаемости нефтепродукта εн может иметь место погрешность в определении влагосодержания.However, with a change in the dielectric constant of the oil product ε n , an error in determining the moisture content may occur.

Согласно предлагаемому техническому решению для исключения указанной погрешности необходимо знание еще одного параметра, связанного с влагосодержанием нефтепродукта. В соответствии с этим рассмотрим так, например, добротность Q данного открытого резонатора. According to the proposed technical solution, in order to exclude the indicated error, it is necessary to know one more parameter related to the moisture content of the oil product. In accordance with this, let us consider, for example, the Q factor of a given open resonator.

В рассматриваемом случае добротность измерительного резонатора с учетом

Figure 00000007
( λ - длина электромагнитных волн) может быть определена как
Figure 00000008

где α - относительная потеря энергии при единичном взаимодействии волны с отражателями.In the case under consideration, the Q factor of the measuring resonator taking into account
Figure 00000007
(λ is the electromagnetic wavelength) can be defined as
Figure 00000008

where α is the relative energy loss during a single interaction of the wave with reflectors.

Из электродинамики известно, что добротность резонатора может быть определена отношением резонансной частоты ω к частотной ширине Δω резонансной кривой на уровне половины мощности, т.е.

Figure 00000009
Тогда с учетом этого и K = εт = εн(1+3W)) выражение (3) примет следующий вид:
Figure 00000010

Отсюда для искомой величины W получаем
Figure 00000011

Из последнего выражения получаем, что по величине ширины резонансной кривой на уровне половины мощности можно судить о влагосодержании в потоке нефтепродукта.It is known from electrodynamics that the Q factor of a resonator can be determined by the ratio of the resonance frequency ω to the frequency width Δω of the resonance curve at half power, i.e.
Figure 00000009
Then, with this in mind, and K = ε t + ε OH (OH e = ε n (1 + 3W)) expression (3) takes the following form:
Figure 00000010

Hence, for the desired quantity W, we obtain
Figure 00000011

From the last expression we obtain that by the value of the width of the resonance curve at the level of half the power, one can judge the moisture content in the oil product stream.

Анализ показывает, что на основе совместных решений выражений (2) и (4) можно обеспечить результат измерения влагосодержания вне зависимости от изменения диэлектрической проницаемости нефтепродукта. Для этого определим величину εн из выражения (2), равную

Figure 00000012

Подставляя последнее соотношение в выражение (4) и выполняя преобразования, для W имеем:
Figure 00000013

Последнее выражение показывает, что путем изменения одновременно резонансной частоты открытого резонатора и ширины его резонансной кривой на уровне половины мощности можно исключить погрешность в измерении влагосодержания, обусловленную изменением диэлектрической проницаемости нефтепродукта.The analysis shows that, based on joint solutions of expressions (2) and (4), it is possible to provide a result of measuring the moisture content regardless of the change in the dielectric constant of the oil product. To do this, we determine the value of ε n from the expression (2), equal to
Figure 00000012

Substituting the last relation into expression (4) and performing transformations, for W we have:
Figure 00000013

The last expression shows that by simultaneously changing the resonant frequency of the open resonator and the width of its resonance curve at half power, one can eliminate the error in measuring moisture content due to a change in the dielectric constant of the oil product.

Устройство, реализующее предлагаемый способ работает следующим образом. Выходным сигналом генератора качающейся частоты 1, прошедшим через входной элемент связи 5, возбуждают электромагнитные колебания в измерительном резонаторе, образованном двумя четвертьсферическими отражателями, установленными диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода 4. В рассматриваемом случае для измерения собственной резонансной частоты и ширины резонансной кривой открытого измерительного резонатора электромагнитный сигнал с помощью выходного элемента связи 6 поступает на вход детектора 7. После этого продетекрированный сигнал воспроизводиться в блоке для исследования амплидутно-частотных характеристик (АЧХ) 8. A device that implements the proposed method works as follows. The output signal of the oscillating frequency generator 1, passing through the input coupling element 5, excites electromagnetic waves in the measuring cavity formed by two quarter-spherical reflectors mounted diametrically on the outer surface of the dielectric conduit 4. In this case, for measuring the natural resonant frequency and the width of the resonance curve of the open measuring resonator the electromagnetic signal using the output element of the connection 6 is fed to the input of the detector 7. After that the detected signal is reproduced in the unit for studying the amplitude-frequency characteristics (AFC) 8.

В устройстве по вершине резонансной кривой (импульса), наблюдаемого на экране блока АЧХ, определяют собственную резонансную частоту ω измерительного резонатора, а по разности частот, соответствующих нижнему и верхнему границам полосы пропускания резонатора на уровне половины мощности его резонансной кривой - Δω.
Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе одновременного измерения резонансной частоты открытого резонатора и частотной ширины на уровне половины мощности резонансной кривой указанного резонатора можно обеспечить более высокую точность измерения влагосодержания нефтепродукта в трубопроводе.
In the device, at the top of the resonance curve (pulse) observed on the screen of the frequency response block, the natural resonance frequency ω of the measuring resonator is determined, and Δω is determined from the frequency difference corresponding to the lower and upper boundaries of the passband of the resonator at half the power of its resonance curve.
Thus, according to the proposed method, based on the simultaneous measurement of the resonant frequency of the open resonator and the frequency width at the level of half the power of the resonance curve of the specified resonator, it is possible to provide higher accuracy in measuring the moisture content of the oil product in the pipeline.

Claims (1)

Способ определения влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом трубопроводе, при котором в резонаторе возбуждают электромагнитные колебания и по его колебательным характеристикам судят о контролируемом параметре, отличающийся тем, что электромагнитные колебания возбуждают в открытом резонаторе, образованном двумя четвертьсферическими отражателями, установленными диаметрально на наружную поверхность диэлектрического трубопровода, измеряют собственную резонансную частоту ω открытого резонатора и ширину его резонансной кривой Δω на уровне половины мощности и определяют влагосодержание W нефтепродукта по формуле
Figure 00000014

где q - постоянное число;
C - скорость распространения электромагнитных волн;
α - относительная потеря энергии при единичном взаимодействии волны с отражателями;
D - наружный диаметр трубопровода;
εт - диэлектрическая проницаемость трубопровода.
A method for determining the moisture content of a petroleum product in a dielectric conduit, in which electromagnetic oscillations are excited in a resonator, and a controlled parameter is judged by its vibrational characteristics, characterized in that electromagnetic oscillations are excited in an open resonator formed by two quarter-spherical reflectors mounted diametrically on the outer surface of the dielectric conduit, natural resonant frequency ω of the open resonator and the width of its resonance curve oh Δω at half power and determine the moisture content W of the oil by the formula
Figure 00000014

where q is a constant number;
C is the propagation velocity of electromagnetic waves;
α is the relative energy loss during a single interaction of the wave with reflectors;
D is the outer diameter of the pipeline;
ε t is the dielectric constant of the pipeline.
RU97119330A 1997-11-24 1997-11-24 Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline RU2131600C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119330A RU2131600C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119330A RU2131600C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2131600C1 true RU2131600C1 (en) 1999-06-10

Family

ID=20199229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97119330A RU2131600C1 (en) 1997-11-24 1997-11-24 Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2131600C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594176C1 (en) * 2015-02-17 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of determining low moisture content of oil product in dielectric vessel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Викторов В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 173 - 177. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594176C1 (en) * 2015-02-17 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of determining low moisture content of oil product in dielectric vessel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3086689B2 (en) Apparatus and method for monitoring composition using impedance measurement
RU2184353C2 (en) Device responding to level of separation surface of materials
CA2258329C (en) Method and apparatus for determining the viscosity of a fluid in a container
US4423623A (en) Microwave meter for fluid mixtures
JPS63140948A (en) Device for measuring concentration of one fluid contained in another fluid
US5625293A (en) Determination of the watercut of a multiphase flow directly from measured microwave frequency dielectric properties
US4755743A (en) Method and apparatus for measuring the moisture content or dry-matter content of materials using a microwave dielectric waveguide
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2131600C1 (en) Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline
Kumar et al. Enhancing the ultrasonic waveguide sensor’s fluid level sensitivity using through-transmission and pulse-echo techniques simultaneously
JP7132393B2 (en) mmWave and ultrasonic sensors
RU2612033C1 (en) Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream
RU2536184C1 (en) Concentration meter
SU838552A1 (en) Device for measuring undissolved gas concentration in liquid
RU2063615C1 (en) Method of measurement of component-by-component flow of three-component gas-and-liquid flow and device for its implementation
RU2135984C1 (en) Method of determining water content in oil stream of an oil deposit
RU2173847C1 (en) Device for determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe- lines
RU2372608C1 (en) Method of measuring moisture content of mixture and sensor to this end
RU2161781C1 (en) Method of determining anisotropic liquid level in reservoir
RU2199731C1 (en) Device for determination of oil product humidity in pipe line
RU2354959C1 (en) Device for determining continuity of gas-liquid flow
RU2279666C1 (en) Method of determining volume moisture content of water-saturated oil product in metallic vessel
RU2073852C1 (en) Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products
RU2152024C1 (en) Concentration meter
RU2090868C1 (en) Method determining continuity of flow of liquid in pipe-line