RU2559840C1 - Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons - Google Patents
Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559840C1 RU2559840C1 RU2014117382/07A RU2014117382A RU2559840C1 RU 2559840 C1 RU2559840 C1 RU 2559840C1 RU 2014117382/07 A RU2014117382/07 A RU 2014117382/07A RU 2014117382 A RU2014117382 A RU 2014117382A RU 2559840 C1 RU2559840 C1 RU 2559840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- moisture
- liquid
- determining
- diameter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.The present invention relates to methods for determining moisture. It can find application in the petrochemical industry, and in particular for express quality control of aviation kerosene in an aerodrome.
Известен кондуктометрический способ определения влажности (см. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. - М.: Энергия, 1968. С.104). В диапазоне объемных влажностей 0-2% измерение практически невозможно, так как величины сопротивлений материалов становятся больше входных сопротивлений измерительных устройств.The known conductometric method for determining humidity (see Zhukov Yu.P., Kulakov MV High-frequency electrodeless conductometry. - M .: Energy, 1968. P.104). In the range of volumetric humidity 0-2%, measurement is almost impossible, since the values of the resistance of the materials become greater than the input resistance of the measuring devices.
Известен резонаторный способ определения влажности (см. Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Энергия, 1973). Исследуемая жидкость помещается в кювету, находящуюся в полости цилиндрического объемного резонатора (ОР). Кювета выполняется в виде цилиндра или диска и устанавливается вдоль или перпендикулярно продольной оси объемного резонатора. Возбуждается колебание электромагнитного поля (ЭМП) типа Н011. Выходной величиной первичного измерительного преобразователя (ПИП) служит изменение добротности резонатора ΔQ=Q0-Q (Q - нагруженная; Q0 - ненагруженная добротности резонатора), вызванное введением исследуемого материала с неизвестной влажностью. Недостатком способа является невысокая точность определения содержания влаги в виде осадка за счет влияния растворимой влаги, содержащейся в исследуемом углеводороде и которая зависит от температуры, давления и от типа углеводорода.A known resonator method for determining humidity (see Berliner MA, Measurement of humidity. - M .: Energy, 1973). The studied liquid is placed in a cuvette located in the cavity of a cylindrical volume resonator (RR). The cuvette is made in the form of a cylinder or disk and is installed along or perpendicular to the longitudinal axis of the cavity resonator. The oscillation of the electromagnetic field (EMF) type H 011 . The output value of the primary measuring transducer (PIP) is the change in the Q factor of the resonator ΔQ = Q 0 -Q (Q - loaded; Q 0 - unloaded Q factor of the resonator), caused by the introduction of the investigated material with unknown humidity. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the moisture content in the form of sediment due to the influence of soluble moisture contained in the studied hydrocarbon and which depends on temperature, pressure and type of hydrocarbon.
За прототип принят способ определения СВЧ-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах (Патент РФ №2451929, МКл6 G01N 22/04. СВЧ-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах / Суслин М.А., Шаталов А.Л. (РФ) - №2010147251/09; заявл. 18.11.10., опубл. 27.05.12 г. Бюл №15). В данном способе исследуемый жидкий углеводород помещают в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту, возбуждают электромагнитное поле типа H011, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием H011, которое вызвано введением исследуемого материала, возбуждают далее электромагнитное поле типа Е010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием E010, которое вызвано введением исследуемого материала, при этом цилиндрический объемный резонатор вначале полностью заполняют исследуемой жидкостью, после некоторого времени отстоя - порядка десяти секунд, сливают жидкость так, чтобы отстой влаги оставался на нижней торцевой стенке резонатора. По изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием E010 судят об объемной концентрации осажденной влаги в диапазоне до 0,4%, а по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Н011 - в диапазоне 0,4-2%.The prototype adopted a method for determining the microwave method for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons (RF Patent No. 2451929, MKL 6 G01N 22/04. Microwave method for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons / Suslin MA, Shatalov A.L. (RF ) - No.2010147251 / 09; declared on 11/18/10., Published on 05/27/12 Bull No. 15). In this method, the investigated liquid hydrocarbon is placed in a cavity of a cylindrical volume resonator with a longitudinal axis perpendicular to the horizon, an electromagnetic field of type H 011 is excited, a change in the quality factor of a cylindrical volume resonator with oscillation H 011 , which is caused by the introduction of the material to be studied, is further excited by an electromagnetic field of type E 010 measured change in the Q of the cylindrical cavity resonator with oscillation E 010, which is caused by administration of the test material, the cylindrical esky first cavity is completely filled with the test liquid, after a certain settling time - about ten seconds, the liquid is drained so that sucks moisture remained on the bottom end wall of the cavity. The change in the quality factor of a cylindrical volume resonator with a fluctuation of E 010 judges the volume concentration of precipitated moisture in the range up to 0.4%, and the change in the quality factor of a cylindrical volume resonator with a fluctuation of H 011 is in the range of 0.4-2%.
Недостатком прототипа является недостаточная чувствительность определения осажденной влаги. Для реализации предлагаемой методики с использованием двух пространственных мод цилиндрического объемного резонатора необходим СВЧ генератор одновременно с широкой (для возбуждения колебаний H011 и Е010) и прецизионной перестройкой частоты (для измерения добротности нагруженной колебательной системы по полосе пропускания). Такой генератор сложен в исполнении и настройке, что значительно усложняет техническую реализацию устройства.The disadvantage of the prototype is the lack of sensitivity to determine precipitated moisture. To implement the proposed method using two spatial modes of a cylindrical volume resonator, a microwave generator is necessary simultaneously with a wide (for exciting H 011 and E 010 oscillations) and precision frequency tuning (for measuring the quality factor of a loaded oscillatory system over the passband). Such a generator is complicated in execution and configuration, which greatly complicates the technical implementation of the device.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах и упрощение устройства, реализующего способ.The technical result of the invention is to increase the sensitivity of determining the volumetric concentration of precipitated moisture in liquid hydrocarbons and simplifying the device that implements the method.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в полном заполнении цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту, исследуемой жидкостью, удалении через время t≥10 сек жидкости из полости резонатора с оставлением влаги на нижней торцевой стенке, возбуждении электромагнитных колебаний типа H011 и оценке по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора объемной концентрации осажденной влаги, при этом измерения добротности проводят в условиях возмущения электромагнитного поля резонатора полым диэлектрическим стержнем, расположенным на оси резонатора, при этом толщина стенок Δ≥0,5 мм, а отношение диаметра полого стержня из диэлектрика d∂ к диаметру резонатора dOP выбирают из условияThis technical result is achieved by the fact that in the known method for determining the volumetric concentration of precipitated moisture in liquid hydrocarbons, which consists in completely filling a cylindrical volume resonator with a longitudinal axis perpendicular to the horizon of the liquid under investigation, removing liquid from the cavity of the resonator after a time t≥10 sec, leaving moisture on the bottom end wall, the excitation of electromagnetic oscillations of H 011 and evaluation of a change in the Q volume concentration of the cylindrical cavity sazhdennoy moisture, the quality factor measurements are carried out under conditions of disturbance of the electromagnetic field of the resonator hollow dielectric rod disposed in a resonator axis, the wall thickness Δ≥0,5 mm and the ratio of the diameter of the hollow rod of the insulator to the diameter d ∂ resonator d OP selected from conditions
На фиг. 1 представлен внешний вид внутреннего объема резонатора с диэлектрическим полым стержнем на оси, на фиг. 2 - результаты численного моделирования электрического поля электромагнитного колебания H011 пустого резонатора; на фиг. 3 - результаты численного моделирования трансформации электрического поля электромагнитного колебания H011 резонатора с диэлектрическим полым стержнем; на фиг. 4 - результаты экспериментальных исследований.In FIG. 1 shows the appearance of the internal volume of the resonator with a dielectric hollow rod on the axis, FIG. 2 - the results of numerical simulation of the electric field of electromagnetic waves H 011 empty resonator; in FIG. 3 - the results of numerical simulation of the transformation of the electric field of the electromagnetic wave H 011 of a resonator with a dielectric hollow rod; in FIG. 4 - the results of experimental studies.
Суть СВЧ-способа определения осажденной влаги в жидких углеводородах заключается в возмущении (помещение внутрь резонатора) электромагнитного поля цилиндрического объемного резонатора (ЦОР) полым диэлектрическим стержнем, расположенным на оси. Наличие возмущающего диэлектрического полого стержня приводит к трансформации основного колебания H011. По середине длины трубопровода и у торцевых стенок наблюдается концентрация поля, что значительно увеличивает чувствительность к содержанию на этой стенке влаги. Поясним это результатами численного моделирования и эксперимента.The essence of the microwave method for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons is the disturbance (placing inside the resonator) of the electromagnetic field of the cylindrical volume resonator (COR) by a hollow dielectric rod located on the axis. The presence of a perturbing dielectric hollow rod leads to the transformation of the fundamental vibration H 011 . In the middle of the length of the pipeline and at the end walls, a field concentration is observed, which significantly increases the sensitivity to the moisture content on this wall. Let us explain this by the results of numerical modeling and experiment.
Электрическое поле пространственного колебания Н011 невозмущенного резонатора (см. Корбанский, И.Н. Теория электромагнитного поля. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1964. - 356 с.) представляет собой замкнутые концентрические окружности, поле максимально по середине длины и радиуса, электрическое поле равно нулю на оси и у торцевых стенок. Проведенный численный анализ электрического поля пространственного колебания H011 электромагнитного поля методом конечных элементов в системе COMSOL Multiphysics показывает те же самые результаты: поле максимально (красный цвет на рис. 2) по середине длины и радиуса и равно нулю на оси и у торцевых стенок (синий цвет). Поэтому чувствительность к содержанию среды с потерями на торцевой стенке невысока. В прототипе нагруженная добротность уменьшается на порядок по отношению к пустому резонатору примерно при 2% объемной доли влаги.The electric field of the spatial oscillation H 011 of an unperturbed resonator (see Korbansky, I.N. Theory of an electromagnetic field. - M .: VVIA named after prof. N.E. Zhukovsky, 1964. - 356 p.) Is a closed concentric circle, the field maximum in the middle of the length and radius, the electric field is zero on the axis and at the end walls. The numerical analysis of the electric field of the spatial oscillation H 011 of the electromagnetic field by the finite element method in the COMSOL Multiphysics system shows the same results: the field is maximum (red in Fig. 2) in the middle of the length and radius and is equal to zero on the axis and at the end walls (blue color). Therefore, the sensitivity to the content of the medium with losses on the end wall is low. In the prototype, the loaded figure of merit is reduced by an order of magnitude with respect to the empty resonator at about 2% of the volume fraction of moisture.
Введения в резонатор диэлектрического полого стержня, расположенного по оси, позволяет увеличить чувствительность к содержанию на торцевой стенке влаги. На фиг. 1 показана такая система. Толщина стенок стержня составляет 1 мм, диаметр - 25 мм. Материал - пластик с относительной диэлектрической проницаемостью 5,3. На фиг. 3 представлены результаты моделирования ЭМ поля методом конечных элементов в системе COMSOL Multiphysics. Наличие возмущающего диэлектрического трубопровода приводит к трансформации поля. По середине длины трубопровода и у торцевых стенок наблюдается концентрация поля. При этом резонансная частота по отношению к резонансной частоте основного колебания H011, равнойThe introduction of a dielectric hollow rod located along the axis into the resonator makes it possible to increase the sensitivity to the content on the end wall of moisture. In FIG. 1 shows such a system. The wall thickness of the rod is 1 mm, the diameter is 25 mm. Material - plastic with a relative dielectric constant of 5.3. In FIG. Figure 3 presents the results of modeling the EM field by the finite element method in the COMSOL Multiphysics system. The presence of a perturbing dielectric pipeline leads to field transformation. In the middle of the length of the pipeline and at the end walls, a field concentration is observed. In this case, the resonant frequency with respect to the resonant frequency of the fundamental oscillation H 011 equal to
где а - радиус; l - длина резонатора, для колебания H011 характеристическое число
Такая трансформация наблюдается при отношении диаметра полого стержня из диэлектрика d∂ к диаметру резонатора dOP Such a transformation is observed when the diameter of the hollow rod of the dielectric d ∂ to the diameter of the resonator d OP
и толщине стенок больше 0,5 мм.and wall thickness greater than 0.5 mm.
Два максимума электрического поля по радиусу на торцевой стенке значительно увеличивает чувствительность к содержанию на этой стенке влаги.Two maxima of the electric field along the radius on the end wall significantly increase the sensitivity to the moisture content on this wall.
При этом, как в прототипе, цилиндрический объемный резонатор с продольной осью, перпендикулярной горизонту, полностью заполняют исследуемой жидкостью. После некоторого времени отстоя (для авиационного керосина это время не превышает десятка секунд) начинают слив жидкости так, чтобы отстой в виде влаги оставался на нижней торцевой стенке резонатора. Наличие тонкого слоя практически не изменяет резонансную частоту колебаний (частота остается в пределах полосы задержания ненагруженной системы), а добротность (за счет изменения эффективной проводимости нижней стенки) изменяется значительно.In this case, as in the prototype, a cylindrical volume resonator with a longitudinal axis perpendicular to the horizon is completely filled with the investigated liquid. After some time of sedimentation (for aviation kerosene this time does not exceed ten seconds), the liquid begins to drain so that the sediment in the form of moisture remains on the lower end wall of the resonator. The presence of a thin layer practically does not change the resonant frequency of oscillations (the frequency remains within the confinement band of an unloaded system), and the quality factor (due to a change in the effective conductivity of the lower wall) varies significantly.
На фиг. 4 показаны экспериментальные значения нагруженной добротности резонатора с с диэлектрическим полым стержнем на оси от объемной концентрации влаги в осадке %V. Объемная концентрация влаги в осадке %V рассчитывалась как отношение эффективной высоты влаги lэф к высоте резонатора lOP In FIG. Figure 4 shows the experimental values of the loaded figure of merit of a resonator with a dielectric hollow core on the axis of the volumetric concentration of moisture in the sediment% V. The volumetric moisture concentration in the sediment% V was calculated as the ratio of the effective moisture height l eff to the cavity height l OP
Концентрация поля у торцевых стенок резонатора приводит к увеличению чувствительности от содержания влаги в осадке: нагруженная добротность уменьшается на порядок по отношению к пустому резонатору примерно при 0,25% объемной доли влаги. Что значительно выше, чем для колебания H011 пустого резонатора, и в два раза выше, чем для колебания Е010 (результаты прототипа). Это объясняется наличием двух максимумом электрического поля по радиусу на торцевой стенке в трансформированном поле против одного для колебания E010.The concentration of the field at the end walls of the resonator increases the sensitivity of the moisture content in the sediment: the loaded Q factor decreases by an order of magnitude with respect to the empty resonator at about 0.25% volume fraction of moisture. Which is significantly higher than for the oscillation H 011 of the empty resonator, and two times higher than for the oscillation of E 010 (results of the prototype). This is explained by the presence of two maximum electric fields along the radius on the end wall in the transformed field against one for the oscillation E 010 .
Реализация устройства аналогична прототипу. Только применение в схеме измерения двух резонаторов (пустого и с трубопроводом) и одного генератора СВЧ с небольшим диапазоном перестройки частоты (десятки МГц против единиц ГГц в схеме с одним резонатором, как в прототипе) позволят реализовать более высокую чувствительность к содержанию влаги в осадке и одновременно упростить аппаратную реализацию устройства.The implementation of the device is similar to the prototype. Only the use in the measurement circuit of two resonators (empty and with a pipeline) and one microwave generator with a small frequency tuning range (tens of MHz versus GHz units in a single resonator circuit, as in the prototype) will allow for higher sensitivity to the moisture content in the sediment and at the same time Simplify the hardware implementation of the device.
Claims (1)
. The method for determining the volumetric concentration of precipitated moisture in liquid hydrocarbons, which consists in completely filling a cylindrical volumetric resonator with a longitudinal axis perpendicular to the horizon, the liquid being studied, removing the liquid from the cavity after t≥10 sec, leaving moisture on the lower end wall, and exciting electromagnetic oscillations of the type H 011 for changing and evaluating the quality factor of the cylindrical cavity resonator volume concentration of moisture deposited, characterized in that the measurement of Q n oestriasis in a perturbation of the electromagnetic field of the resonator hollow dielectric rod disposed in a resonator axis, the wall thickness Δ≥0,5 mm and the ratio of the diameter of the hollow rod of the insulator to the diameter d ∂ resonator d OP is selected from the condition
.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117382/07A RU2559840C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117382/07A RU2559840C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2559840C1 true RU2559840C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014117382/07A RU2559840C1 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559840C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659172C1 (en) * | 2016-07-13 | 2018-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России) | Combination of two cryoprotective collections for adaptation of human to cooling microclimate |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011972C1 (en) * | 1991-12-29 | 1994-04-30 | Юрий Николаевич Носков | Device for measuring humidity of dielectric sheet materials |
US20030137313A1 (en) * | 2001-01-20 | 2003-07-24 | Bert Jannsen | Resonant microwave sensor |
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 |
RU2451929C1 (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
WO2012172333A1 (en) * | 2011-06-13 | 2012-12-20 | The University Of Manchester | Apparatus and method for fluid measurement |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117382/07A patent/RU2559840C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011972C1 (en) * | 1991-12-29 | 1994-04-30 | Юрий Николаевич Носков | Device for measuring humidity of dielectric sheet materials |
US20030137313A1 (en) * | 2001-01-20 | 2003-07-24 | Bert Jannsen | Resonant microwave sensor |
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 |
RU2451929C1 (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
WO2012172333A1 (en) * | 2011-06-13 | 2012-12-20 | The University Of Manchester | Apparatus and method for fluid measurement |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659172C1 (en) * | 2016-07-13 | 2018-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России) | Combination of two cryoprotective collections for adaptation of human to cooling microclimate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bobrov et al. | Wideband frequency domain method of soil dielectric property measurements | |
US5583432A (en) | Electrical method and apparatus for non-contact determination of physical and/or chemical properties of a sample, particularly of blood | |
JP6196664B2 (en) | Microwave cavity sensor | |
US9366613B2 (en) | Matrix permitivity determination | |
RU2626409C1 (en) | Method of measuring physical properties of liquid | |
RU2473889C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
Andreev et al. | Measurement of dielectric material properties using coupled biconical resonators | |
EP1144985B1 (en) | Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid | |
Watts et al. | Coupled dielectric-split ring microwave resonator for liquid measurements in microfluidic channels at nanoliter volumes | |
RU2559840C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2451929C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2451928C1 (en) | Microwave technique for determining moisture content of liquid hydrocarbons and fuel | |
Yang et al. | Research on Low Water Volume Fraction Measurement of Two-Phase Flow Based on TM 010 Mode Microwave Cavity Sensor | |
RU2552106C1 (en) | Uhf method of determination of dielectric permeability and thickness of coatings on metal | |
RU2571632C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2358261C1 (en) | Microwave method of determining moisture of organic substances | |
RU2536184C1 (en) | Concentration meter | |
RU2626458C1 (en) | Method of measuring physical properties of liquid | |
RU2571631C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2306552C1 (en) | Uhf-method of determination of availability of the moist suspension in the liquid hydrocarbons | |
Tiwari et al. | Planar SIW cavity based RF sensor for air bubble detection in medical industry | |
RU2287806C2 (en) | Microwave method of determination of volume percentage of moisture-containing additives in liquid hydrocarbons and fuels | |
RU2568678C2 (en) | Method for determining availability of suspended moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2474830C1 (en) | Method to measure comprehensive dielectric permeability of liquid and loose substances in wide range of frequencies | |
Drobakhin et al. | Measurement of dielectric material properties using coupled biconical resonators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170430 |