RU2131600C1 - Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline - Google Patents
Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline Download PDFInfo
- 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
Links
Abstract
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
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
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
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
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:
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:
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.
Отсюда для влагосодержания W в потоке нефтепродукта имеем
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.
Hence, for the moisture content of W in the oil product stream, we have
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 ( λ - длина электромагнитных волн) может быть определена как
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 (λ is the electromagnetic wavelength) can be defined as
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. Тогда с учетом этого и K = εт+εoн(εoн = εн(1+3W)) выражение (3) примет следующий вид:
Отсюда для искомой величины W получаем
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. Then, with this in mind, and K = ε t + ε OH (OH e = ε n (1 + 3W)) expression (3) takes the following form:
Hence, for the desired quantity W, we obtain
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
Подставляя последнее соотношение в выражение (4) и выполняя преобразования, для W имеем:
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
Substituting the last relation into expression (4) and performing transformations, for W we have:
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)
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
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.
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)
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 |
-
1997
- 1997-11-24 RU RU97119330A patent/RU2131600C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Викторов В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 173 - 177. * |
Cited By (1)
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 |