RU2536164C1 - Device to detect concentration of mixture of substances - Google Patents

Device to detect concentration of mixture of substances Download PDF

Info

Publication number
RU2536164C1
RU2536164C1 RU2013125665/07A RU2013125665A RU2536164C1 RU 2536164 C1 RU2536164 C1 RU 2536164C1 RU 2013125665/07 A RU2013125665/07 A RU 2013125665/07A RU 2013125665 A RU2013125665 A RU 2013125665A RU 2536164 C1 RU2536164 C1 RU 2536164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
coaxial line
substances
unit
waveguide resonator
Prior art date
Application number
RU2013125665/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125665A (en
Inventor
Михаил Вениаминович Жиров
Александр Сергеевич Совлуков
Владимир Михайлович Жиров
Алла Викторовна Воробьева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2013125665/07A priority Critical patent/RU2536164C1/en
Publication of RU2013125665A publication Critical patent/RU2013125665A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536164C1 publication Critical patent/RU2536164C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and may be used for high-precision detection of concentration of binary mixtures of various liquid substances pumped along pipelines. The device for detection of concentration of a mixture of substances comprises a wave-guide resonator installed on a measurement section of the pipeline and connected via elements of excitation and oscillations pick-up, accordingly, to a microwave generator and a unit of registration of resonant frequency of electromagnetic oscillations of this resonator. A unit of calculations connected by the output to the indicator is connected to the output of the resonator by the first input, as well as a section of a coaxial line, a connected unit of generation of high-frequency electromagnetic oscillations and registration of resonant frequency of electromagnetic oscillations of the section of the coaxial line, to the output of which the calculations unit is connected by the second input. The waveguide resonator is made in the form of a circular waveguide resonator, open ends of which are installed in the diametral plane of the pipeline and are directed towards to each other, the section of the coaxial line is located coaxially to the circular waveguide resonator, besides, its inner conductor is the external surface of the circular waveguide resonator, and ends of the section of the coaxial line are made as open, each of them contacts with the controlled mixture of substances and is installed in the same plane as the appropriate open end of the circular waveguide resonator.
EFFECT: increased accuracy of measurements.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения концентрации бинарных смесей различных жидких веществ, перекачиваемых по трубопроводам.The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision determination of the concentration of binary mixtures of various liquid substances pumped through pipelines.

Известны устройства для определения концентрации бинарных смесей различных жидкостей, в частности влагосодержания (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. С.168-177). Эти устройства содержат радиоволновые (ВЧ и СВЧ) чувствительные элементы в виде антенн, волноводов, длинных линий, полосковых линий, резонаторов. В частности, для измерений в трубопроводах такие устройства содержат проточные объемные резонаторы с торцевыми элементами в виде металлических поляризационных решеток, отражающих пластин, запредельных волноводов (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. С.173-174). Недостатком таких концентратомеров является невысокая точность измерения при изменении сортности контролируемых веществ, в частности базового вещества в смеси (эмульсии, растворе и др.).Known devices for determining the concentration of binary mixtures of various liquids, in particular moisture content (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of technological processes. M .: Nauka. 1989. P.168-177) . These devices contain radio wave (HF and microwave) sensitive elements in the form of antennas, waveguides, long lines, strip lines, resonators. In particular, for measurements in pipelines, such devices contain flow-through volume resonators with end elements in the form of metal polarization gratings, reflecting plates, transverse waveguides (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of technological process parameters M.: Science. 1989. S.173-174). The disadvantage of such concentrometers is the low measurement accuracy when changing the grade of controlled substances, in particular the base substance in the mixture (emulsion, solution, etc.).

Известно также техническое решение (SU 1497531, 30.07.1989), содержащее трубопровод с перекачиваемым веществом, два проточных объемных резонатора, включенных в качестве частотозадающих элементов в схемы соответствующих автогенераторов, блок вычислений и индикатор. Указанные резонаторы встроены в трубопровод на его измерительном участке последовательно. Устройство позволяет определять концентрацию (влагосодержание) вещества независимо от его сортности, являющейся функцией электрофизических параметров вещества. A technical solution is also known (SU 1497531, 07/30/1989), containing a pipeline with a pumped substance, two flow-through volume resonators, included as frequency-setting elements in the circuits of the corresponding oscillators, a calculation unit and an indicator. These resonators are built into the pipeline in its measuring section in series. The device allows you to determine the concentration (moisture content) of a substance, regardless of its grade, which is a function of the electrophysical parameters of the substance.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения. Обусловлено это контролем разных областей перекачиваемой жидкости, находящихся одновременно в электромагнитном поле двух проточных резонаторов, что заведомо предопределяет снижение точности измерения при изменении сортности (и, следовательно, электрофизических параметров) жидкости.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement. This is due to the control of different areas of the pumped liquid located simultaneously in the electromagnetic field of two flowing resonators, which obviously predetermines a decrease in the measurement accuracy when changing the grade (and, therefore, electrophysical parameters) of the liquid.

Известно также техническое решение (RU 2152024, 27.06.2000), содержащее описание устройства, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому концентратомеру и принятое в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит первый чувствительный элемент в виде проточного объемного резонатора, установленного на измерительном участке трубопровода с перекачиваемым веществом и подключенного через элементы возбуждения и съема колебаний, соответственно, к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора, к выходу которого подсоединен первым входом блок вычислений, подключенный к индикатору. Оно содержит также высокочастотный измерительный преобразователь, включающий отрезок длинной линии со вторым чувствительным элементом в виде нагрузки на одном из его концов, размещенным на измерительном участке, и подключенный к его другому концу блок генерации ВЧ электромагнитных колебаний и регистрации колебательной характеристики отрезка длинной линии, к выходу которого подсоединен вторым входом блок вычислений.There is also known a technical solution (RU 2152024, 06/27/2000) containing a description of the device closest in technical essence to the proposed concentrator and adopted as a prototype. The prototype device contains the first sensitive element in the form of a flowing cavity resonator installed on the measuring section of the pipeline with the pumped substance and connected through the elements of excitation and removal of vibrations, respectively, to the microwave generator and the unit for recording the resonant frequency of electromagnetic waves of this resonator, to the output of which is connected the first input is a calculation unit connected to an indicator. It also contains a high-frequency measuring transducer, including a long line segment with a second sensitive element in the form of a load at one of its ends, located on the measuring section, and a unit for generating high-frequency electromagnetic waves and registering the vibrational characteristics of the long line segment connected to its output which is connected to the second input of the calculation unit.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения. Обусловлено это тем, что чувствительный элемент в виде проточного СВЧ-резонатора обеспечивает получение информации об электрофизических параметрах жидкости, которая осреднена по объему этого резонатора. Этот объем может быть относительно большим: как диаметр резонатора, обусловленный значением диаметра трубопровода, так и его длина могут составлять несколько сантиметров. В то же время другой чувствительный элемент в виде ВЧ-резонатора на основе отрезка длинной линии позволяет получать данные о локальных, менее 1 см (вблизи оконечной нагрузки отрезка длинной линии), значениях электрофизических параметров жидкости. Это заведомо предопределяет снижение точности измерения при изменении сортности (и, следовательно, электрофизических параметров) жидкости. Поэтому даже совместная функциональная обработка информативных параметров этих двух чувствительных элементов не позволяет достичь требуемой инвариантности к электрофизическим параметрам базового вещества в контролируемой бинарной смеси жидкостей.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement. This is due to the fact that a sensitive element in the form of a flowing microwave resonator provides information on the electrophysical parameters of the liquid, which is averaged over the volume of this resonator. This volume can be relatively large: both the diameter of the resonator, due to the value of the diameter of the pipeline, and its length can be several centimeters. At the same time, another sensitive element in the form of an RF resonator based on a long line segment allows obtaining data on local, less than 1 cm (near the terminal load of a long line segment), values of the electrophysical parameters of the liquid. This obviously predetermines a decrease in the measurement accuracy with a change in the grade (and, therefore, electrophysical parameters) of the liquid. Therefore, even joint functional processing of the informative parameters of these two sensitive elements does not allow us to achieve the required invariance to the electrophysical parameters of the base substance in a controlled binary mixture of liquids.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of measurement.

Технический результат в предлагаемом устройстве для определения концентрации смеси веществ достигается тем, что оно содержит установленный на измерительном участке трубопровода волноводный резонатор, подключенный через элементы возбуждения и съема колебаний, соответственно, к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора, к выходу которого подключен первым входом блок вычислений, подсоединенный выходом к индикатору, отрезок коаксиальной линии, подсоединенный к нему блок генерации высокочастотных электромагнитных колебаний и регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка коаксиальной линии, к выходу которого подсоединен вторым входом блок вычислений, при этом волноводный резонатор выполнен в виде кольцевого волноводного резонатора, открытые торцы которого установлены в диаметральной плоскости трубопровода и направлены навстречу друг другу, отрезок коаксиальной линии расположен соосно кольцевому волноводному резонатору, причем его внутренним проводником служит наружная поверхность кольцевого волноводного резонатора, а торцы отрезка коаксиальной линии выполнены открытыми, каждый из которых контактирует с контролируемой смесью веществ и установлен в той же плоскости, что и соответствующий открытый торец кольцевого волноводного резонатора. The technical result in the proposed device for determining the concentration of a mixture of substances is achieved by the fact that it contains a waveguide resonator installed on the measuring section of the pipeline, connected through the elements of excitation and removal of vibrations, respectively, to the microwave generator and the unit for recording the resonant frequency of electromagnetic waves of this resonator, to the output which is connected by the first input to the calculation unit, connected by the output to the indicator, a segment of the coaxial line, the generator unit connected to it and high-frequency electromagnetic oscillations and registration of the resonant frequency of electromagnetic oscillations of a segment of a coaxial line, to the output of which a computational unit is connected by a second input, the waveguide resonator is made in the form of an annular waveguide resonator, the open ends of which are installed in the diametrical plane of the pipeline and are directed towards each other, a segment of coaxial the line is located coaxially with the annular waveguide resonator, the outer surface being its inner conductor ring waveguide resonator, and the ends of the segment of the coaxial line are made open, each of which is in contact with a controlled mixture of substances and installed in the same plane as the corresponding open end of the ring waveguide resonator.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows a diagram of the proposed device.

Здесь введены обозначения: 1 - трубопровод с перекачиваемой жидкостью, 2 - кольцевой резонатор, 3 - отрезок длинной линии, 4 - внутренний проводник отрезка длинной линии, 5 - наружный проводник отрезка длинной линии, 6 и 6а - открытые торцы кольцевого резонатора, 7 и 7а - открытые торцы отрезка длинной линии, 8 - СВЧ-генератор, 9 и 10 - линии связи, 11 - блок регистрации частоты электромагнитных колебаний кольцевого резонатора, 12 - линия связи, 13 - блок генерации ВЧ электромагнитных колебаний и регистрации колебательной характеристики отрезка длинной линии, 14 - блок вычислений, 15 - индикатор. The designations are introduced here: 1 - pipeline with the pumped liquid, 2 - ring resonator, 3 - long line segment, 4 - inner conductor of the long line segment, 5 - outer conductor of the long line segment, 6 and 6a - open ends of the ring resonator, 7 and 7a - open ends of a long line segment, 8 - a microwave generator, 9 and 10 - communication lines, 11 - a unit for recording the frequency of electromagnetic oscillations of a ring resonator, 12 - a communication line, 13 - a unit for generating high-frequency electromagnetic waves and recording the vibrational characteristics of a long line segment , 14 - calculation unit, 15 - indicator.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Элементы конструкции устройства расположены на измерительном участке трубопровода 1 (фиг.1). Устройство имеет два измерительных канала, один из которых, работающий в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне электромагнитных волн, имеет чувствительный элемент в виде кольцевого резонатора 2, а второй измерительный канал имеет чувствительный элемент в виде отрезка длинной линии 3.The structural elements of the device are located on the measuring section of the pipeline 1 (figure 1). The device has two measuring channels, one of which operating in the microwave frequency range of electromagnetic waves has a sensitive element in the form of a ring resonator 2, and the second measuring channel has a sensitive element in the form of a segment of a long line 3.

Открытые торцы 6 и 6а кольцевого резонатора 2 установлены в диаметральной плоскости трубопровода 1 и направлены навстречу друг другу. Отрезок коаксиальной линии 3, имеющий внутренний проводник 4 и наружный проводник 5, расположен соосно волноводному кольцевому резонатору 2, причем его внутренним проводником 4 служит наружная поверхность волноводного кольцевого резонатора 2. Торцы 7 и 7а отрезка коаксиальной линии 3 выполнены открытыми, каждый из которых контактирует с контролируемой смесью веществ и установлен в той же плоскости, что и соответствующий открытый торец волноводного кольцевого резонатора 2.The open ends 6 and 6a of the ring resonator 2 are installed in the diametrical plane of the pipe 1 and are directed towards each other. A segment of the coaxial line 3 having an inner conductor 4 and an outer conductor 5 is located coaxially with the waveguide ring resonator 2, and its inner conductor 4 is the outer surface of the waveguide ring resonator 2. The ends 7 and 7a of the segment of the coaxial line 3 are made open, each of which is in contact with controlled mixture of substances and is installed in the same plane as the corresponding open end of the waveguide ring resonator 2.

Сверхвысокочастотный (СВЧ) кольцевой резонатор 2 (чувствительный элемент первого измерительного канала) выполнен в виде волновода с открытыми торцами 6 и 6а, расположенными в диаметральной плоскости трубопровода 1 на его измерительном участке и направленными внутрь трубопровода 1 навстречу друг другу. При этом в области, образуемой указанным волноводом и поперечным сечением трубопровода 1 между открытыми концами 6 и 6а, в котором находится контролируемая жидкость, имеет место стоячая электромагнитная волна. Она возбуждается в рассматриваемой кольцевой структуре, резонирующей последовательно одной из частот дискретной совокупности частот (спектра) в зависимости от частоты подключенного СВЧ-генератора 8. В этом кольцевом резонаторе с помощью СВЧ-генератора 8 (в диапазоне частот реально ~1-50 ГГц) возбуждают по линии связи 9 электромагнитные колебания. Определение второго информативного параметра - резонансной частоты электромагнитных колебаний данного кольцевого резонатора производят по линии связи 10 с помощью блока регистрации частоты 11.Microwave (microwave) ring resonator 2 (a sensitive element of the first measuring channel) is made in the form of a waveguide with open ends 6 and 6a located in the diametrical plane of the pipe 1 in its measuring section and directed into the pipe 1 towards each other. Moreover, in the region formed by the specified waveguide and the cross-section of the pipe 1 between the open ends 6 and 6a, in which the controlled fluid is located, there is a standing electromagnetic wave. It is excited in the considered ring structure, which resonates sequentially one of the frequencies of a discrete set of frequencies (spectrum) depending on the frequency of the connected microwave generator 8. In this ring resonator, with the help of a microwave generator 8 (in the frequency range actually ~ 1-50 GHz), on the communication line 9 electromagnetic waves. The second informative parameter is determined - the resonant frequency of electromagnetic waves of a given ring resonator is produced via communication line 10 using the frequency registration unit 11.

В ВЧ-измерительном преобразователе (втором измерительном канале), образованном отрезком длинной линии 3 с обоими открытыми торцами 7 и 7а, возбуждают электромагнитные колебания в ВЧ-диапазоне (~1-100 МГц). Для возбуждения электромагнитных колебаний в этом отрезке длинной линии и для определения одной из его колебательных характеристик, являющейся первым информативным параметром, по линии связи 12 служит блок 13.In the RF measuring transducer (second measuring channel), formed by a segment of a long line 3 with both open ends 7 and 7a, electromagnetic waves in the RF range (~ 1-100 MHz) are excited. To excite electromagnetic waves in this segment of a long line and to determine one of its vibrational characteristics, which is the first informative parameter, block 13 is used along communication line 12.

В качестве информативного параметра во втором (ВЧ) измерительном канале, реализуемом на основе отрезка длинной линии 3, могут быть использованы: резонансная частота f(K) электромагнитных колебаний отрезка длинной линии; входной импеданс Zвх(K) отрезка длинной линии; фазовый сдвиг Δφ(К) падающих (от генератора к нагрузке) и отраженных (от нагрузки к регистратору) электромагнитных волн.As an informative parameter in the second (HF) measuring channel, implemented on the basis of a long line segment 3, the following can be used: resonant frequency f (K) of electromagnetic oscillations of a long line segment; input impedance Z I (K) of the long line segment; phase shift Δφ (K) of incident (from the generator to the load) and reflected (from the load to the registrar) electromagnetic waves.

Данный (второй) измерительный канал характеризуется вдвое повышенной чувствительностью к измеряемой концентрации по сравнению с устройством-прототипом. Это достигается за счет одновременного восприятия полезной информации (концентрации) обоими торцевыми элементами 7 и 7а (а не лишь одним, как в устройстве-прототипе), в данном случае обоими открытыми торцами коаксиальной линии. Это приводит к удвоенному изменению значения используемого информативного параметра, в частности, основной резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка длинной линии 3. В конечном счете, это также позволяет увеличить точность измерения концентрации смеси веществ.This (second) measuring channel is characterized by twice the increased sensitivity to the measured concentration in comparison with the prototype device. This is achieved due to the simultaneous perception of useful information (concentration) by both end elements 7 and 7a (and not just one, as in the prototype device), in this case, by both open ends of the coaxial line. This leads to a twofold change in the value of the used informative parameter, in particular, the main resonant frequency of the electromagnetic oscillations of the length of the long line 3. Ultimately, this also allows to increase the accuracy of measuring the concentration of the mixture of substances.

Взаимное расположение открытых торцев 6 и 6а СВЧ кольцевого резонатора и открытых торцев 7 и 7а отрезка длинной линии 3 на измерительном участке трубопровода 1 показано на фиг.1. Здесь все эти элементы расположены в одном и том же диаметральном сечении измерительного участка.The relative position of the open ends 6 and 6a of the microwave ring resonator and the open ends 7 and 7a of the length of the long line 3 on the measuring section of the pipeline 1 is shown in figure 1. Here, all these elements are located in the same diametrical section of the measuring section.

Измеренные значения обоих информативных параметров поступают с соответствующих блоков 11 и 13 на первый и второй входы блока вычислений 14, соответственно. С его выхода сигнал, полученный в результате совместного преобразования выходных сигналов блоков 11 и 13, поступает на индикатор 15. Этот сигнал соответствует высокоточному значению концентрации бинарной смеси, не зависящему от электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) базового вещества этой смеси, степень содержания в котором другого вещества, в частности содержания воды или иного обладающего частотной дисперсией вещества, подлежит определению.The measured values of both informative parameters come from the corresponding blocks 11 and 13 to the first and second inputs of the computing unit 14, respectively. From its output, the signal obtained by jointly converting the output signals of blocks 11 and 13 is sent to indicator 15. This signal corresponds to a high-precision value of the concentration of the binary mixture, independent of the electrophysical parameters (dielectric constant) of the base substance of this mixture, the degree of content of which is different substances, in particular the water content or other substances with a frequency dispersion of the substance, to be determined.

В данном устройстве, как и в других устройствах (SU 1497531, 30.07.1989; RU 2152024, 27.06.2000), принципиальную роль играет наличие частотной дисперсии диэлектрической проницаемости в используемых для измерений частотных диапазонах у хотя бы одного из веществ в их смеси (эмульсии, растворе и др.). При этом другое вещество такой дисперсией может не обладать, что характерно для многих реальных веществ, в частности нефти и нефтепродуктов. Частотной дисперсией в СВЧ-диапазоне обладают, например, вода, спирты, другие полярные жидкости. Так, у воды диэлектрическая проницаемость на частотах менее 100 МГц имеет значение около 80, а на частотах СВЧ-диапазона она значительно ниже (например, ~65 при частотах ~10 ГГц). Контролируемое вещество характеризуется диэлектрической проницаемостью ε(εв1, εв2, К), где εв1 и εв2 - значения диэлектрической проницаемости веществ (обозначено «в1» «в2») в смеси, концентрация К смеси (эмульсии, раствора и др.) которых подлежит определению. Для проведения измерений необходимо знание аналитического выражения для ε для двух используемых ВЧ- и СВЧ-диапазонов частот; в отсутствие такой расчетной зависимости для каких-либо контролируемых веществ она устанавливается экспериментально с последующей ее аппроксимацией соответствующим аналитическим выражением. Расчетные соотношения для конкретных контролируемых веществ приведены в техническом решении (SU 1497531, 30.07.1989).In this device, as in other devices (SU 1497531, 07/30/1989; RU 2152024, 06/27/2000), the presence of a frequency dispersion of the dielectric constant in the frequency ranges used for measuring at least one of the substances in their mixture (emulsion) plays a fundamental role , solution, etc.). However, another substance may not have such a dispersion, which is typical for many real substances, in particular oil and oil products. For example, water, alcohols, and other polar liquids possess frequency dispersion in the microwave range. So, in water the dielectric constant at frequencies less than 100 MHz has a value of about 80, and at frequencies in the microwave range it is much lower (for example, ~ 65 at frequencies of ~ 10 GHz). The controlled substance is characterized by the dielectric constant ε (ε b1 , ε b2 , K), where ε b1 and ε b2 are the dielectric constant of the substances (indicated by "b1""b2") in the mixture, the concentration K of the mixture (emulsion, solution, etc.) which is to be determined. To carry out measurements, it is necessary to know the analytical expression for ε for the two used RF and microwave frequency ranges; in the absence of such a calculated dependence for any controlled substances, it is established experimentally with its subsequent approximation by the corresponding analytical expression. The calculated ratios for specific controlled substances are given in the technical solution (SU 1497531, 07/30/1989).

Осуществляя в блоке вычислений 14 совместное функциональное преобразование двух информативных параметров - резонансной частоты СВЧ кольцевого резонатора 2 и одной из колебательных характеристик отрезка длинной линии 3 - можно определить с высокой точностью значение концентрации K независимо от электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) одного (базового из веществ в их смеси); это вещество может быть как неполярным диэлектриком, как это рассмотрено в прототипе, так и иметь иные электрофизические параметры. При этом решение составленной системы уравнений для зависимости ε от информативных параметров на двух рабочих частотах ВЧ- и СВЧ-диапазонов позволяет определить также и значение диэлектрической проницаемости самого базового вещества в смеси веществ и, следовательно, дать характеристику этому веществу, например определить его сортность.Carrying out in the block of calculations 14 a joint functional transformation of two informative parameters - the resonant frequency of the microwave ring resonator 2 and one of the vibrational characteristics of the length of the long line 3 - it is possible to determine with high accuracy the value of the concentration K regardless of the electrophysical parameters (dielectric constant) of one (base of the substances in mixtures thereof); this substance can be either a non-polar dielectric, as described in the prototype, or have other electrophysical parameters. In this case, the solution of the compiled system of equations for the dependence of ε on informative parameters at two operating frequencies of the HF and microwave ranges allows us to determine the dielectric constant of the basic substance itself in a mixture of substances and, therefore, characterize this substance, for example, determine its grade.

Расположение обоих чувствительных элементов в одной и той же диаметральной плоскости измерительного участка трубопровода позволяет воспринимать информацию о концентрации бинарной смеси в одном и том же сечении трубопровода, что, тем самым, обеспечивает повышение точности измерений.The location of both sensitive elements in the same diametrical plane of the measuring section of the pipeline allows you to perceive information about the concentration of the binary mixture in the same section of the pipeline, which, thereby, improves the accuracy of measurements.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять концентрацию бинарной смеси (эмульсии, раствора и др.) с высокой точностью, независимо от электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости) базового вещества в смеси.Thus, the proposed device allows you to determine the concentration of the binary mixture (emulsion, solution, etc.) with high accuracy, regardless of the electrophysical parameters (dielectric constant) of the base substance in the mixture.

Claims (1)

Устройство для определения концентрации смеси веществ, содержащее установленный на измерительном участке трубопровода волноводный резонатор, подключенный через элементы возбуждения и съема колебаний, соответственно, к СВЧ-генератору и блоку регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний этого резонатора, к выходу которого подключен первым входом блок вычислений, подсоединенный выходом к индикатору, отрезок коаксиальной линии, подсоединенный к нему блок генерации высокочастотных электромагнитных колебаний и регистрации резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка коаксиальной линии, к выходу которого подсоединен вторым входом блок вычислений, отличающееся тем, что волноводный резонатор выполнен в виде кольцевого волноводного резонатора, открытые торцы которого установлены в диаметральной плоскости трубопровода и направлены навстречу друг другу, отрезок коаксиальной линии расположен соосно кольцевому волноводному резонатору, причем его внутренним проводником служит наружная поверхность кольцевого волноводного резонатора, а торцы отрезка коаксиальной линии выполнены открытыми, каждый из которых контактирует с контролируемой смесью веществ и установлен в той же плоскости, что и соответствующий открытый торец кольцевого волноводного резонатора. A device for determining the concentration of a mixture of substances, containing a waveguide resonator installed on the measuring section of the pipeline, connected through oscillation excitation and removal elements, respectively, to a microwave generator and a unit for recording the resonant frequency of electromagnetic oscillations of this resonator, to the output of which a calculation unit connected to the first input is connected output to the indicator, a segment of a coaxial line, a unit for generating high-frequency electromagnetic waves and a recorder connected to it and the resonant frequency of electromagnetic oscillations of the segment of the coaxial line, the output of which is connected to the second input of the computing unit, characterized in that the waveguide resonator is made in the form of an annular waveguide resonator, the open ends of which are installed in the diametrical plane of the pipeline and are directed towards each other, the segment of the coaxial line is aligned ring waveguide resonator, and its inner conductor is the outer surface of the ring waveguide resonator, and the ends of cutting the coaxial line are made open, each of which is contacted with a controlled mixture of substances and is installed in the same plane as the corresponding open end of the waveguide ring resonator.
RU2013125665/07A 2013-06-04 2013-06-04 Device to detect concentration of mixture of substances RU2536164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125665/07A RU2536164C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Device to detect concentration of mixture of substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125665/07A RU2536164C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Device to detect concentration of mixture of substances

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125665A RU2013125665A (en) 2014-12-10
RU2536164C1 true RU2536164C1 (en) 2014-12-20

Family

ID=53286272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125665/07A RU2536164C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Device to detect concentration of mixture of substances

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536164C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611439C1 (en) * 2015-12-24 2017-02-22 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method for measuring composition of two-phase substance in the stream
RU2626458C1 (en) * 2016-08-17 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring physical properties of liquid
RU181064U1 (en) * 2016-07-22 2018-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF A LIQUID

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1497531A1 (en) * 1987-06-05 1989-07-30 Институт проблем управления Method of determining moisture content of dielectric substance
US5341100A (en) * 1992-12-22 1994-08-23 Western Atlas International, Inc. Electromagnetic wave method and apparatus for downhole measurement of fluid conductivity and hydrocarbon volume during formation testing
RU2152024C1 (en) * 1999-03-31 2000-06-27 Жиров Михаил Вениаминович Concentration meter
RU2244293C2 (en) * 2002-09-30 2005-01-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Microwave method for evaluating liquid media moisture content and salinity
RU2287806C2 (en) * 2004-11-11 2006-11-20 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Microwave method of determination of volume percentage of moisture-containing additives in liquid hydrocarbons and fuels
WO2020106354A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Applied Materials, Inc. Circuits for edge ring control in shaped dc pulse plasma process device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1497531A1 (en) * 1987-06-05 1989-07-30 Институт проблем управления Method of determining moisture content of dielectric substance
US5341100A (en) * 1992-12-22 1994-08-23 Western Atlas International, Inc. Electromagnetic wave method and apparatus for downhole measurement of fluid conductivity and hydrocarbon volume during formation testing
RU2152024C1 (en) * 1999-03-31 2000-06-27 Жиров Михаил Вениаминович Concentration meter
RU2244293C2 (en) * 2002-09-30 2005-01-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Microwave method for evaluating liquid media moisture content and salinity
RU2287806C2 (en) * 2004-11-11 2006-11-20 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Microwave method of determination of volume percentage of moisture-containing additives in liquid hydrocarbons and fuels
WO2020106354A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Applied Materials, Inc. Circuits for edge ring control in shaped dc pulse plasma process device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611439C1 (en) * 2015-12-24 2017-02-22 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method for measuring composition of two-phase substance in the stream
RU181064U1 (en) * 2016-07-22 2018-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF A LIQUID
RU2626458C1 (en) * 2016-08-17 2017-07-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring physical properties of liquid

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013125665A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8855947B2 (en) Multiphase flow metering with patch antenna
US9851235B2 (en) Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable of a medium
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
NO323244B1 (en) Method and equipment for measuring composition and salinity in a multiphase flow
RU2536164C1 (en) Device to detect concentration of mixture of substances
Abdolrazzaghi et al. Sensitive spectroscopy using DSRR array and Linvill negative impedance
US20200340845A1 (en) Improvements in or relating to interface detection
RU2536184C1 (en) Concentration meter
Aftab et al. A parallel plate dielectric resonator as a wireless passive strain sensor
US11016037B2 (en) Fluid measuring system
RU2534747C1 (en) Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
RU2426099C1 (en) Device for determination of concentration of substances mixture
RU2424508C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
Alahnomi et al. Accurate characterizations of material using microwave T-resonator for solid sensing applications
RU2152024C1 (en) Concentration meter
RU2199731C1 (en) Device for determination of oil product humidity in pipe line
RU2661349C1 (en) Dielectric fluid moisture content determination method
RU2551671C1 (en) Device for measurement of physical properties of liquid
RU2691288C1 (en) Method for measuring inner diameter of metal pipe
Jackson et al. Measurement of complex permittivity using planar resonator sensor
RU2762058C1 (en) Device for measuring the physical properties of a dielectric liquid
Cole et al. Chipless RF liquid sensor
RU2412432C1 (en) Fluid physical properties metre
RU2761954C1 (en) Method for measuring the physical properties of a dielectric liquid
RU2767585C1 (en) Method of measuring physical properties of dielectric liquid

Legal Events

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

Effective date: 20180605