RU2173847C1 - Device for determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe- lines - Google Patents

Device for determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe- lines

Info

Publication number
RU2173847C1
RU2173847C1 RU2000126208A RU2000126208A RU2173847C1 RU 2173847 C1 RU2173847 C1 RU 2173847C1 RU 2000126208 A RU2000126208 A RU 2000126208A RU 2000126208 A RU2000126208 A RU 2000126208A RU 2173847 C1 RU2173847 C1 RU 2173847C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
density
input
microwave
indicator
Prior art date
Application number
RU2000126208A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.Н. Ахобадзе
Original Assignee
Институт проблем управления РАН
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем управления РАН filed Critical Институт проблем управления РАН
Application granted granted Critical
Publication of RU2173847C1 publication Critical patent/RU2173847C1/en

Links

Abstract

FIELD: determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe-lines. SUBSTANCE: device has a microwave oscillator, the first and second coupling elements, microwave detector, indicator whose output serves as the device output, ring vibrator made in the form of a folded rectangular waveguide diametrically fastened with the open ends on the external surface of the dielectric pipe-line, the output of the microwave oscillator via the first coupling element is connected to the input of the ring vibrator, the output of the ring vibrator via the second coupling element is connected to the input of the microwave detector, whose output is connected to the indicator input. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 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.

Известны радиоволновые измерители плотности жидких и сыпучих сред, использующие резонансные свойства отрезков длинных линий (см. В.А.Викторов и др. "Измерение количества плотности различных сред", М: "Энергия", 1973, стр. 96-97). В этих устройствах, основными узлами которых являются погруженный в измеряемую среду первичный преобразователь (отрезок длинной линии) и электронный блок, по резонансной частоте отрезка длинной линии определяют плотность. Known radio wave density meters of liquid and granular media, using the resonant properties of long line segments (see V.A. Viktorov et al. "Measuring the density of various media", M: "Energy", 1973, pp. 96-97). In these devices, the main nodes of which are the primary transducer immersed in the measured medium (a long line segment) and an electronic unit, the density is determined from the resonant frequency of the long line segment.

Недостатками данных разработок следует считать контактность с измеряемой средой чувствительного элемента и изменение параметров его конструкции из-за температурных влияний, приводящие к погрешностям. The disadvantages of these developments should be considered as contact with the measured medium of the sensitive element and a change in the parameters of its design due to temperature influences, leading to errors.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип микроволновое устройство (см. В. А. Викторов и др. "Радиоволновые измерения параметров технологических процессов", М.: Энергоиздат, 1989, стр. 176-177), содержащее микроволновый генератор, соединенный через элемент связи возбуждения с измерительным открытым волноводом, элемент съема колебаний, соединенный через детектор с индикатором. В этом устройстве при прохождении контролируемого вещества через полый канал, образуемый измерительным открытым волноводом и расположенными у его торцов взаимно перпендикулярно двумя другими открытыми волноводами, по изменению возбужденной в измерительном открытом волноводе частоты получают информацию о контролируемом физическом параметре. The closest technical solution to the proposed one is the microwave device adopted by the author for the prototype (see V. A. Viktorov et al. "Radio wave measurements of technological process parameters", Moscow: Energoizdat, 1989, pp. 176-177), containing a microwave generator, connected via an excitation coupling element with an open measuring waveguide, an oscillation pickup element connected through a detector to an indicator. In this device, when a controlled substance passes through a hollow channel formed by a measuring open waveguide and located at its ends mutually perpendicular to two other open waveguides, information on the controlled physical parameter is obtained by changing the frequency excited in the measuring open waveguide.

Недостатком этого устройства является погрешность, обусловленная сложностью процедуры получения различной поляризации волн в открытых волноводах. The disadvantage of this device is the error due to the complexity of the procedure for obtaining different polarization of waves in open waveguides.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение точности измерения. The problem solved by the claimed technical solution is to increase the accuracy of measurement.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для определения плотности неполярных веществ в диэлектрическом трубопроводе, содержащее микроволновый генератор, первый и второй элементы связи, микроволновый детектор и индикатор, выход которого является выходом устройства, введен кольцевой резонатор, выполненный в виде свернутого прямоугольного волновода, закрепленного открытыми концами диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, причем выход микроволнового генератора через первый элемент связи соединен со входом кольцевого резонатора, выход кольцевого резонатора через второй элемент связи соединен со входом микроволнового детектора, выход которого подключен ко входу индикатора. This object is achieved in that in the device for determining the density of non-polar substances in the dielectric conduit, containing a microwave generator, first and second communication elements, a microwave detector and an indicator, the output of which is the output of the device, a ring resonator is introduced, made in the form of a convoluted rectangular waveguide, fixed open ends diametrically on the outer surface of the dielectric pipeline, and the output of the microwave generator through the first communication element is connected nen to the input of the ring resonator, the ring resonator output through the second connection element connected to the input of the microwave detector, whose output is connected to the input of the indicator.

Существенным отличительным признаком в указанной выше совокупности является наличие измерительного кольцевого резонатора. An essential distinguishing feature in the above combination is the presence of a measuring ring resonator.

В заявляемом техническом решении благодаря свойствам совокупности перечисленных признаков измерение собственной резонансной частоты кольцевого резонатора позволяет решить поставленную задачу: обеспечить более высокую точность измерения. In the claimed technical solution due to the properties of the totality of the listed features, measuring the intrinsic resonant frequency of the ring resonator allows us to solve the problem: to provide higher measurement accuracy.

На чертеже приведена функциональная схема заявляемого устройства. The drawing shows a functional diagram of the inventive device.

Устройство содержит микроволновый генератор 1, первый элемент связи 2, соединенный со входом кольцевого резонатора 3, закрепленного на поверхности диэлектрического трубопровода 4, по которому протекает измеряемое вещество, второй элемент связи 5, соединенный через микроволновый детектор 6 со входом индикатора 7. The device comprises a microwave generator 1, a first coupling element 2, connected to the input of a ring resonator 3, mounted on the surface of the dielectric conduit 4, through which the measured substance flows, a second coupling element 5, connected through a microwave detector 6 to the input of the indicator 7.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитный сигнал с выхода микроволнового генератора 1 поступает в первый элемент связи 2. Выходным сигналом последнего возбуждают электромагнитные колебания в кольцевом резонаторе 3. The device operates as follows. The electromagnetic signal from the output of the microwave generator 1 enters the first communication element 2. The output signal of the latter excite electromagnetic oscillations in the ring resonator 3.

При отсутствии вещества в трубопроводе 4 собственную резонансную частоту кольцевого резонатора можно выразить как

Figure 00000002

где с - скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве, Lсред - средняя длина кольца, h = 1,2,3,... .In the absence of substance in the pipeline 4, the natural resonant frequency of the ring resonator can be expressed as
Figure 00000002

where c is the propagation velocity of electromagnetic waves in free space, L media is the average ring length, h = 1,2,3, ....

В рассматриваемом случае, так как кольцевой резонатор закреплен открытыми концами диаметрально (на одном уровне друг против друга) на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, то при прохождении распространяющихся (вращающихся) по кольцевому резонатору волн через протекающее по трубопроводу вещество, должно происходить изменение (сдвиг) собственной резонансной частоты fp. Следовательно, при наличии вещества в трубопроводе формула (1) примет следующий вид:

Figure 00000003

где ε- диэлектрическая проницаемость вещества.In the case under consideration, since the ring resonator is fixed diametrically (at the same level against each other) with the open ends on the outer surface of the dielectric conduit, when waves propagating (rotating) through the ring resonator pass through the substance flowing through the conduit, a change (shift) of the intrinsic resonant frequency f p . Therefore, in the presence of a substance in the pipeline, the formula (1) will take the following form:
Figure 00000003

where ε is the dielectric constant of the substance.

Из формулы (2) видно, что по величине частоты fp можно судить о диэлектрической проницаемости измеряемого вещества.From formula (2) it can be seen that by the magnitude of the frequency f p we can judge the dielectric constant of the measured substance.

На основе использования формулы Клаузиуса-Мосотти (см. Сканави Г.И. "Физика диэлектриков", Гостехиздат, 1949) выражающей зависимость диэлектрической проницаемости ε от плотности ρ неполярных веществ

Figure 00000004

где
Figure 00000005

(μ- молекулярный вес вещества, β- поляризуемость вещества, N - число Авогодро), можно получить уравнение, связывающее частоту fp с плотностью ρ.
Совместное решение выражений (2) и (3) позволяет записать
Figure 00000006

Отсюда для ρ имеем
Figure 00000007

Полученное выражение показывает, что путем измерения резонансной частоты кольцевого резонатора можно определить плотность вещества, протекающего по трубопроводу.Based on the use of the Clausius-Mosotti formula (see G. Skanavi, “Physics of Dielectrics”, Gostekhizdat, 1949) expressing the dependence of the dielectric constant ε on the density ρ of non-polar substances
Figure 00000004

Where
Figure 00000005

(μ is the molecular weight of the substance, β is the polarizability of the substance, N is the Avogodro number), we can obtain an equation relating the frequency f p to the density ρ.
The joint solution of expressions (2) and (3) allows us to write
Figure 00000006

Hence for ρ we have
Figure 00000007

The resulting expression shows that by measuring the resonant frequency of the ring resonator, it is possible to determine the density of the substance flowing through the pipeline.

В предлагаемом устройстве для измерения частоты fp сигнал с выхода кольцевого резонатора с помощью последовательно соединенных второго элемента связи 5 и микроволнового детектора 6 переносится в индикатор 7. Здесь по пику резонансной кривой, наблюдаемой так, например, на экране прибора для исследования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), можно оценить величину частоты, связанную с плотностью неполярного вещества в диэлектрическом трубопроводе.In the proposed device for measuring the frequency f p, the signal from the output of the ring resonator with the help of series-connected second communication element 5 and the microwave detector 6 is transferred to the indicator 7. Here, according to the peak of the resonance curve, observed, for example, on the screen of the device for studying the amplitude-frequency characteristics (AFC), it is possible to estimate the magnitude of the frequency associated with the density of a non-polar substance in a dielectric conduit.

Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря несложной процедуре образования измерительной области на стыке кольцевого резонатора и диэлектрического трубопровода, можно обеспечить определение плотности неполярных веществ более высокой точности измерения. Thus, in the proposed device due to the simple procedure of forming the measuring region at the junction of the ring resonator and the dielectric pipeline, it is possible to determine the density of non-polar substances with higher measurement accuracy.

Claims (1)

Устройство для определения плотности неполярных веществ в диэлектрическом трубопроводе, содержащее микроволновый генератор, первый и второй элементы связи, микроволновый детектор и индикатор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введен кольцевой резонатор, выполненный в виде свернутого прямоугольного волновода, закрепленного открытыми концами диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, причем выход микроволнового генератора через первый элемент связи соединен со входом кольцевого резонатора, выход кольцевого резонатора через второй элемент связи соединен со входом микроволнового детектора, выход которого подключен ко входу индикатора. A device for determining the density of non-polar substances in a dielectric conduit, containing a microwave generator, first and second communication elements, a microwave detector and an indicator, the output of which is the output of the device, characterized in that a ring resonator is introduced into it, made in the form of a folded rectangular waveguide fixed open the ends diametrically on the outer surface of the dielectric pipeline, and the output of the microwave generator through the first communication element is connected to the input rotating arm resonator, the output of the ring resonator via a second connection element connected to the input of the microwave detector, whose output is connected to the input of the indicator.
RU2000126208A 2000-10-18 Device for determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe- lines RU2173847C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2173847C1 true RU2173847C1 (en) 2001-09-20

Family

ID=

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВИКТОРОВ В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоиздат, 1989,172-174, с. 176-177. КИВИЛИС С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980, с.251-252. *
ХАРВЕИ А.Ф. Техника сверхвысоких частот. - М.: Советское радио, 1965, с.270-271. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4423623A (en) Microwave meter for fluid mixtures
US6826964B2 (en) Method for measuring properties of flowing fluids, and a metering device and a sensor used for performing this method
JPS63140948A (en) Device for measuring concentration of one fluid contained in another fluid
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
CA2333892A1 (en) A microwave fluid sensor and a method for using same
US5099691A (en) Method for measuring length, and apparatus for implementing the method
RU2173847C1 (en) Device for determination of density of nonpolar matters in dielectric pipe- lines
SU1257409A1 (en) Device for measuring mass flow rate of substance
RU2650605C1 (en) Method for measuring internal diameter of metal pipe
RU2199731C1 (en) Device for determination of oil product humidity in pipe line
RU2691288C1 (en) Method for measuring inner diameter of metal pipe
RU2612033C1 (en) Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream
RU2586388C1 (en) Pressure measuring device
RU2536184C1 (en) Concentration meter
SU838552A1 (en) Device for measuring undissolved gas concentration in liquid
Ellerbruch Microwave methods for cryogenic liquid and slush instrumentation
US5184512A (en) Measuring the length of a column of fluid in a tube
RU2626458C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2354959C1 (en) Device for determining continuity of gas-liquid flow
RU2131600C1 (en) Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline
RU102109U1 (en) FLOWMETER
RU2767586C1 (en) Device for measuring inner diameter of metal pipe
RU2534450C1 (en) Flow rate meter
RU2691283C1 (en) Pressure measuring device
RU2152024C1 (en) Concentration meter