RU2325632C1 - Method of oil product humidity measurement - Google Patents

Method of oil product humidity measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2325632C1
RU2325632C1 RU2006142981/09A RU2006142981A RU2325632C1 RU 2325632 C1 RU2325632 C1 RU 2325632C1 RU 2006142981/09 A RU2006142981/09 A RU 2006142981/09A RU 2006142981 A RU2006142981 A RU 2006142981A RU 2325632 C1 RU2325632 C1 RU 2325632C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
resonator
oil product
phase
shift
Prior art date
Application number
RU2006142981/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурам Николаевич Ахобадзе (RU)
Гурам Николаевич Ахобадзе
Original Assignee
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова 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 им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2006142981/09A priority Critical patent/RU2325632C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2325632C1 publication Critical patent/RU2325632C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method includes measurement of phase shift of cavity resonator resonance frequency signal Δφ, which corresponds to frequency shift, when its phase response characteristic frequencies are shifted along axis, at that oil product humidity is measured, which depends on inductive capacity.
EFFECT: improves sensitivity of measurements.
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, реализуемый автоматическим влагомером, построенным по мостовой схеме и имеющим одну приемопередающую антенну (см. В.А.Викторов и др. «Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин», 1978, стр.254), в котором коэффициент отражения от контролируемого вещества с учетом разности напряженностей волн, отраженных от эталона (образец среды с постоянной влажностью), и контролируемого вещества служит мерой его влажности.The known method, implemented by an automatic moisture meter, built on a bridge circuit and having one transceiver antenna (see V.A. Viktorov et al. "High-frequency method for measuring non-electric quantities", 1978, p. 254), in which the reflection coefficient from the controlled substance with taking into account the difference in the strengths of the waves reflected from the standard (a sample of medium with constant humidity) and the controlled substance serves as a measure of its humidity.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры измерения влажности, связанная с образованием мостовой схемы.The disadvantage of this known method is the complexity of the humidity measurement procedure associated with the formation of a bridge circuit.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения влажности в потоке вещества (см. В.А.Викторов и др. «Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин», 1978, стр.253-254). Согласно устройству, реализующему указанный способ, возбуждают электромагнитные колебания в измерительном и эталонном объемных резонаторах, пропускают через трубку, вмонтированную в центре измерительного резонатора, поток контролируемой среды, ответвляемый от основной магистрали (эталонный резонатор заполнен полностью обезвоженным веществом), и по рассогласованию частотных сигналов этих двух резонаторов (устройство построено по мостовой схеме) получают информацию о влажности потока.The closest technical solution to the proposed one is the method adopted by the author for determining the humidity in the substance flow (see V.A. Viktorov et al. "High-frequency method for measuring non-electric quantities", 1978, pp. 2553-254). According to a device that implements this method, electromagnetic waves are excited in the measuring and reference volume resonators, a flow of a controlled medium is branched off from the main line (the reference resonator is filled with completely dehydrated material), and the frequency signals of these signals are mismatched through the tube mounted in the center of the measuring resonator two resonators (the device is built on a bridge circuit) receive information about the humidity of the stream.

Недостатком данного способа следует считать низкую чувствительность из-за сложности преобразования информативного о влажности частотного сигнала.The disadvantage of this method should be considered low sensitivity due to the complexity of the conversion of an informative moisture signal of a frequency signal.

Задачей заявляемого технического решения является повышение чувствительности измерения.The objective of the proposed technical solution is to increase the sensitivity of the measurement.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения влажности нефтепродукта, протекающего по диэлектрическом трубопроводу, проходящему через измерительный объемный резонатор, в котором возбуждают электромагнитные колебания и фиксируют смещение вдоль оси частот частотных характеристик объемного резонатора, измеряют сдвиг фазы Δφ сигнала резонансной частоты f объемного резонатора, соответствующий сдвигу частоты Δf, и по измеренной величине сдвига фазы определяют влажность нефтепродукта.The problem is achieved in that in a method for determining the moisture content of an oil product flowing through a dielectric pipe passing through a measuring volume resonator, in which electromagnetic waves are excited and an offset is recorded along the frequency axis of the frequency characteristics of the volume resonator, the phase shift Δφ of the resonant frequency signal f of the volume resonator is measured, corresponding to the frequency shift Δf, and the moisture content of the oil is determined from the measured phase shift.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных признаков, состоит в том, что получают информацию о влажности нефтепродукта по сдвигу фазы сигнала резонансной частоты объемного резонатора.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of these features, is that they obtain information about the moisture content of the oil product by the phase shift of the resonant frequency signal of the volume resonator.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу определения влажности нефтепродукта на основе фиксации смещения вдоль оси частот фазочастотной характеристики объемного резонатора и измерения сдвига фазы сигнала его резонансной частоты с желаемым результатом, т.е. высокой чувствительностью измерения.The presence in the inventive method of the combination of the above essential features allows us to solve the problem of determining the moisture content of the oil based on fixing the bias along the frequency axis of the phase-frequency characteristic of the cavity resonator and measuring the phase shift of the signal of its resonant frequency with the desired result, i.e. high sensitivity measurements.

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 предлагаемый способ, содержит генератор электромагнитных колебаний 1, измерительный объемный резонатор 2, прибор для наблюдения частотных характеристик 3. На чертеже цифрой 4 обозначен проходящий через измерительный объемный резонатор трубопровод, по которому протекает нефтепродукт.A device that implements the proposed method contains an electromagnetic oscillation generator 1, a measuring volume resonator 2, a device for observing the frequency characteristics 3. In the drawing, the number 4 indicates the pipeline passing through the measuring volume resonator through which the oil flows.

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

Как известно, при радиоволновом измерении влажности нефтепродукта на основе резонансных систем информацию о влажности получают по резонансной частоте резонатора. Зависимость этого параметра от влажности через диэлектрическую проницаемость контролируемой среды определяют смещением по оси частот амплитудно-частотной характеристики резонатора, т.е. сдвигом частоты резонанса.As you know, in the radio wave moisture measurement of an oil product based on resonant systems, moisture information is obtained from the resonant frequency of the resonator. The dependence of this parameter on humidity through the dielectric constant of the controlled medium is determined by the shift along the frequency axis of the amplitude-frequency characteristic of the resonator, i.e. shift of the resonance frequency.

Практика показывает, что определение влажности веществ с малым содержанием (до 5%) влаги не всегда обеспечивает высокую чувствительность измерения.Practice shows that the determination of the moisture content of substances with a low content (up to 5%) of moisture does not always provide high measurement sensitivity.

Согласно предлагаемому способу при возбуждении электромагнитных колебаний в объемном резонаторе с проходящим через него трубопроводом, по которому протекает обводненный нефтепродукт, сдвиг фазы Δφ резонансного сигнала, связанного с изменением влажности нефтепродукта, можно выразить зависимостью, обнаруженной экспериментальноAccording to the proposed method, when electromagnetic waves are excited in a volume resonator with a pipeline passing through it, through which a watered oil product flows, the phase shift Δφ of the resonant signal associated with a change in the moisture content of the oil product can be expressed as a dependence experimentally found

Figure 00000002
Figure 00000002

Qр.об - добротность объемного резонатора;Q r.ob - quality factor of the cavity resonator;

f0 - резонансная частота резонатора (без возмущения резонатора);f 0 - resonant frequency of the resonator (without disturbance of the resonator);

Δf - сдвиг частоты резонанса, обусловленный изменением влажности нефтепродукта.Δf is the shift of the resonance frequency due to a change in the moisture content of the oil product.

Из представленной формулы вытекает, что при смещении вдоль оси частот фазочастотной характеристики (ФЧХ) резонатора с известной зависимостью Δf от влажности путем измерения параметра Δφ можно определить влажность нефтепродукта.It follows from the presented formula that, when the phase-frequency characteristic (PFC) of the resonator is displaced along the frequency axis with a known dependence of Δf on humidity, the moisture of the oil product can be determined by measuring the Δφ parameter.

В рассматриваемом случае при измерении малых влагосодержаний нефтепродукта, протекающего, например, по диэлектрическому трубопроводу, проходящему по данному резонатору, резонансную частоту Δf (сдвиг частоты) последнего можно выразить следующей формулой (см. В.А.Викторов и др. «Радиоволновые измерения параметров технологических процессов». М.: Энергоатомиздат, 1989, стр.176).In the case under consideration, when measuring the low moisture content of an oil product flowing, for example, through a dielectric pipeline passing through a given resonator, the resonant frequency Δf (frequency shift) of the latter can be expressed by the following formula (see V.A. Viktorov et al. “Radio wave measurements of technological parameters processes. ”M .: Energoatomizdat, 1989, p.176).

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

ε - диэлектрическая проницаемость обводненного нефтепродукта,ε is the dielectric constant of the watered oil product,

εT - диэлектрическая проницаемость трубопровода,ε T is the dielectric constant of the pipeline,

А - коэффициент, зависящий от типа колебаний в полости резонатора, ее размеров иA is a coefficient depending on the type of oscillations in the cavity of the resonator, its dimensions and

т.д. Этот коэффициент можно считать приблизительно постоянным.etc. This coefficient can be considered approximately constant.

Из последней формулы видно, что при известных величине εT и зависимости диэлектрической проницаемости обводненного нефтепродукта от влагосодержания (см. формулу Винера. «Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов». Под общ. редакцией Е.С.Кричевского, М.: Энергия, 1980, стр.55) можно определить влажность нефтепродукта.From the last formula, it can be seen that for known values of ε T and the dependence of the dielectric constant of the watered oil product on moisture content (see Wiener’s formula. “Theory and practice of express control of moisture in solid and liquid materials.” Under the general editorship of ES Krichevsky, M. : Energy, 1980, p. 55) you can determine the moisture content of the oil.

Выражение (1) с учетом выражения (2) примет вид:Expression (1) taking into account expression (2) will take the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

Из приведенного выше рассуждения следует, что по сдвигам резонансной частоты объемного резонатора и фазы резонансного сигнала можно определить влажность нефтепродукта.From the above reasoning, it follows that the shifts of the resonant frequency of the cavity resonator and the phase of the resonant signal can determine the moisture content of the oil product.

Согласно предлагаемому техническому решению необходимо оценить чувствительность преобразования влажности через диэлектрическую проницаемость ε в данном случае в частоту и фазу, сравнить эти характеристики и показать перспективность преобразования влажности в фазу.According to the proposed technical solution, it is necessary to evaluate the sensitivity of the conversion of moisture through the dielectric constant ε in this case into frequency and phase, compare these characteristics and show the prospects of converting moisture to phase.

Если обозначить изменения частоты и фазы через f и φ соответственно, то выражения (2) и (3) в общем виде могут быть представлены какIf frequency and phase changes are denoted by f and φ, respectively, then expressions (2) and (3) in general form can be represented as

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Из теории измерительной техники известно, что под чувствительностью преобразователя надо понимать отношение величины преобразователя к его входному сигналу. В соответствии с этим чувствительности по частоте Sf и по фазе Sφ в данном случае могут быть определены какFrom the theory of measuring technology it is known that the sensitivity of the transducer must be understood as the ratio of the magnitude of the transducer to its input signal. In accordance with this sensitivity in frequency S f and phase S φ in this case can be defined as

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где df и dφ - приращения частоты и фазы (выходные величины) соответственно,where df and dφ are the increments of the frequency and phase (output values), respectively,

dε - приращение диэлектрической проницаемости обводненного нефтепродукта (входной сигнал). Здесь принимается отсутствие влияния побочных факторов (температуры, давления) на преобразователь и постоянство параметров εT, Qp.об и А.dε is the increment of the dielectric constant of the watered oil product (input signal). Here, the absence of the influence of side factors (temperature, pressure) on the transducer and the constancy of the parameters ε T , Q p.ob and A.

Дифференцирование уравнений (4) и (5) по ε дает возможность определить абсолютную чувствительность (см. В.Ю.Кнеллер. «Автоматическое измерение составляющих комплексного сопротивления». Л.: Энергия, 1967, стр.77) по частоте Sf и по фазе Sφ следующими формулами:Differentiating equations (4) and (5) with respect to ε makes it possible to determine the absolute sensitivity (see V. Yu. Kneller. “Automatic measurement of the components of complex resistance.” Leningrad: Energia, 1967, p. 77) according to the frequency S f and according to phase S φ by the following formulas:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Из анализа полученных формул видно, что благодаря добротности резонатора, определяющей крутизну ФЧХ, чувствительность по фазе может оказаться больше, чем по частоте. При этом следует отметить, что измерение фазы необходимо проводить на линейном участке ФЧХ с возможностью обеспечения максимального динамического диапазона.An analysis of the formulas obtained shows that due to the quality factor of the resonator, which determines the steepness of the phase response, the phase sensitivity may be greater than the frequency. It should be noted that the phase measurement must be carried out on a linear phase phase response with the possibility of ensuring the maximum dynamic range.

Расчеты показывают, что при использовании в качестве измерительного преобразователя, например, прямоугольного резонатора с резонансной частотой 3000 мГц и добротностью ≈19600 (см. Л.Д.Гольдштейн, Н.В.Зернов. «Электромагнитные поля и волны». - М.: Советское радио, 1971, стр.520) можно обеспечить увеличение чувствительности по фазе.Calculations show that when using, for example, a rectangular resonator with a resonant frequency of 3000 MHz and a Q factor of ≈19600 (see L.D. Goldstein, N.V. Zernov. “Electromagnetic fields and waves.” - M .: Soviet Radio, 1971, p. 520) can provide an increase in phase sensitivity.

В устройстве, реализующем данное техническое решение, выходным сигналом генератора электромагнитных колебаний 1 возбуждают электромагнитные колебания в объемном резонаторе 2 с проходящим через него диэлектрическим трубопроводом, по которому протекает контролируемый обводненный нефтепродукт. После этого при резонансе на экране прибора для наблюдения частотных характеристик 3 фиксируют амплитудно-частотную (АЧХ) и фазочастотную (ФЧХ) характеристику резонатора. При отсутствии нефтепродукта в трубопроводе 4 определяют собственную резонансную частоту и добротность (см. Л.Д.Гольдштейн, Н.В.Зернов. «Электромагнитные поля и волны», М.: Советское радио, 1971, стр.512, формула 13.22). Смещение по оси частот АЧХ и ФЧХ, свидетельствующее о наличии в трубопроводе обводненного нефтепродукта, используется для определения сдвига резонансной частоты и фазы сигнала резонанса. При этом в области частот вблизи точки перегиба, где ФЧХ может быть аппроксимирована линейной зависимостью, сдвигу частоты Δf, связанной с влажностью нефтепродукта через диэлектрическую проницаемость обводненного нефтепродукта, соответствует изменение фазы (сдвиг) Δφ резонансного сигнала. В результате при известных величинах f0 и добротности Qр.об измерение Δf (преобразование отношения Δf/f0 согласно формуле (2), например) позволяет определить влажность нефтепродукта при ее изменении.In the device that implements this technical solution, the electromagnetic oscillation generator 1 is driven by the output signal of electromagnetic oscillations in the volume resonator 2 with a dielectric pipe passing through it, through which a controlled watered oil product flows. After that, with resonance on the screen of the device for observing the frequency characteristics 3, the amplitude-frequency (AFC) and phase-frequency (PFC) characteristics of the resonator are recorded. In the absence of an oil product in pipeline 4, the intrinsic resonant frequency and quality factor are determined (see L. D. Goldstein, N. V. Zernov. Electromagnetic Fields and Waves, Moscow: Sovetskoe Radio, 1971, p. 512, formula 13.22). The shift along the frequency axis of the frequency response and phase response, indicating the presence of a watered oil product in the pipeline, is used to determine the shift of the resonant frequency and phase of the resonance signal. Moreover, in the frequency region near the inflection point, where the phase response can be approximated by a linear dependence, the frequency shift Δf associated with the moisture content of the oil through the dielectric constant of the watered oil product corresponds to a phase change (shift) Δφ of the resonant signal. As a result, with known values of f 0 and quality factor Q r.o., the measurement of Δf (transformation of the ratio Δf / f 0 according to formula (2), for example) allows you to determine the moisture content of the oil when it changes.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения сдвига фазы сигнала резонансной частоты, соответствующего сдвигу резонансной частоты резонатора, можно обеспечить высокую чувствительность измерения влажности нефтепродукта.Thus, according to the proposed method, based on measuring the phase shift of the resonant frequency signal corresponding to the shift of the resonant frequency of the resonator, it is possible to provide high sensitivity for measuring the moisture content of the oil product.

Claims (1)

Способ определения влажности нефтепродукта, протекающего по диэлектрическому трубопроводу, проходящему через измерительный объемный резонатор, в котором возбуждают электромагнитные колебания и фиксируют смещение вдоль оси частот частотных характеристик объемного резонатора, отличающийся тем, что измеряют сдвиг фазы Δφ сигнала резонансной частоты f0 объемного резонатора, соответствующий сдвигу частоты Δf,A method for determining the moisture content of a petroleum product flowing through a dielectric pipe passing through a measuring volume resonator, in which electromagnetic waves are excited and an offset along the frequency axis of the frequency characteristics of the volume resonator is recorded, characterized in that the phase shift Δφ of the resonant frequency signal f 0 of the volume resonator is measured, which corresponds to the shift frequency Δf,
Figure 00000011
,
Figure 00000011
,
где ε - диэлектрическая проницаемость обводненного нефтепродукта;where ε is the dielectric constant of the watered oil product; εт - диэлектрическая проницаемость трубопровода;ε t is the dielectric constant of the pipeline; А - коэффициент, зависящий от типа колебаний в полости резонатора, ее размеров и т.д.,A is a coefficient depending on the type of oscillations in the cavity of the resonator, its size, etc., и определяют влажность нефтепродукта, зависящую от диэлектрической проницаемости ε.and determine the moisture content of the oil, depending on the dielectric constant ε.
RU2006142981/09A 2006-12-04 2006-12-04 Method of oil product humidity measurement RU2325632C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142981/09A RU2325632C1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Method of oil product humidity measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142981/09A RU2325632C1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Method of oil product humidity measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2325632C1 true RU2325632C1 (en) 2008-05-27

Family

ID=39586665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006142981/09A RU2325632C1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Method of oil product humidity measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2325632C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2003238014B2 (en) Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry
JPS63140948A (en) Device for measuring concentration of one fluid contained in another fluid
Mohindru Development of liquid level measurement technology: A review
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
US20160131565A1 (en) Method of determining a fill level of an oscillator of an oscillator tube, and oscillator tube
RU2473889C1 (en) Method of measuring physical quantity
RU2365903C1 (en) Method for measurement of moisture content and salt content in oil
RU2397479C1 (en) Device for measuring volume ratio of liquid phase in stream of liquid-natural gas mixture
RU2325632C1 (en) Method of oil product humidity measurement
RU2612033C1 (en) Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream
RU2536184C1 (en) Concentration meter
RU2661349C1 (en) Dielectric fluid moisture content determination method
RU2586388C1 (en) Pressure measuring device
RU2706453C1 (en) Automatic tuning method for measuring a low level of a substance
RU2199731C1 (en) Device for determination of oil product humidity in pipe line
RU2332659C1 (en) Method of measurement of fluid physical properties
RU2626458C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
Nakajima et al. New techniques for measuring complex shear viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 300 khz
RU2659569C1 (en) Dielectric fluid moisture content measurement method
Nakajima et al. An improved apparatus for measuring complex viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 500 kHz
RU2614054C1 (en) Method for measuring liquid moisture content
RU2202804C2 (en) Method for microwave measurements of relative dielectric constant of liquid media
RU2786529C2 (en) Device for measuring physical properties of dielectric substance
RU2029247C1 (en) Method of measuring physical parameter of object
RU2301978C1 (en) Method of measuring air-tightness of closed jars made of dielectric material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161205