RU2571631C1 - Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах - Google Patents
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571631C1 RU2571631C1 RU2014147591/07A RU2014147591A RU2571631C1 RU 2571631 C1 RU2571631 C1 RU 2571631C1 RU 2014147591/07 A RU2014147591/07 A RU 2014147591/07A RU 2014147591 A RU2014147591 A RU 2014147591A RU 2571631 C1 RU2571631 C1 RU 2571631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moisture
- resonator
- diameter
- dielectric
- liquid hydrocarbon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах. Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа H, измерении изменения добротности, вызванного наличием осажденной влаги, дополнительно исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги, капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания. 7 ил.
Description
Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов.
Известен кондуктометрический способ определения влажности (см. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. - М.: Энергия, 1968. С. 104), который в диапазоне объемных влажностей 0-2% обладает низкой чувствительностью, так как величины сопротивлений материалов становятся больше входных сопротивлений измерительных устройств.
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 (ЦОР). Кювета выполняется в виде цилиндра или диска и устанавливается вдоль или перпендикулярно продольной оси объемного резонатора. Возбуждается колебание электромагнитного поля (ЭМП) типа H011. 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 указанного способа является невысокая точность определения содержания влаги в виде осадка за счет дополнительного влияния растворимой влаги, содержащейся в исследуемом углеводороде, и которая зависит от температуры, давления и от типа углеводорода.
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 (ЦОР) 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 E010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием E010, которое вызвано введением исследуемого материала, при этом цилиндрический объемный резонатор в начале 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 H011 - в диапазоне 0,4-2%.
Недостатком прототипа является недостаточная чувствительность определения осажденной влаги в виде капель.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа H011, измерении изменения добротности, вызванное наличием осажденной влаги, дополнительно исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания.
На фиг. 1 представлена измерительная схема резонатора с каплями на твердой поверхности, на фиг. 2 - интерфейс программы COMSOL Multiphysics с результатом моделирования (изометрия), на фиг. 3 - силовые линии электрического поля колебания Н011, возмущенного каплей воды, на фиг. 4 - структурная схема резонатора с тонким слоем влаги на твердой поверхности, на фиг. 5 - внешний вид экспериментальной установки для измерения нагруженной добротности, на фиг. 6 - результаты экспериментальных исследований для резонатора с каплями на твердой поверхности, на фиг. 7 - результаты экспериментальных исследований для резонатора с тонким слоем влаги на твердой поверхности.
Повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах достигается двумя путями.
1. Помещают осадок жидкого углеводорода с каплями влаги в пучность (в максимум) электрического поля колебания H011.
2. Прижимают капли воды диэлектриком, так чтобы они трансформировались в тонкий слой влаги.
На фиг. 1 представлена измерительная схема резонатора с каплями на твердой поверхности, помещенной в пучность (в максимум) электрического поля Eφ колебания H011. Осадок помещают на диэлектрическую пластину-основание, расположенную симметрично относительно середины длины ЦОР, диаметр равен диаметру резонатора, а ось пластины-основания совпадает с его осью. При этом, как и в прототипе, продольную ось ЦОР выбирают перпендикулярной горизонту.
Электрическое поле Eφ пространственного колебания H011 невозмущенного резонатора (см. Корбанский И.Н. Теория электромагнитного поля. - М.: ВВИА им. профессора 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. Модуль электрической составляющей
где l - высота резонатора.
Толщина диэлектрической пластины основания Δh должна быть на порядок меньше высоты резонатора l. Из (1) при амплитуда напряженности электрического поля на верхней торцевой стенке пластины составляет 99,7% от максимума, а при .
Поверхность пластины-основания параллельна силовым линиям электрического поля, поэтому электрическое поле согласно граничным условиям не должно деформироваться при переходе границы воздух-диэлектрик. Проведенный численный анализ электрического поля пространственного колебания H011 электромагнитного поля методом конечных элементов в системе COMSOL Multiphysics для резонатора возмущенного диэлектрической пластиной-основанием с толщиной, много меньшей высоты резонатора, подтверждает это: электрическое поле, как у пустого ЦОР, максимально по середине длины и радиуса и равно нулю на оси и у торцевых стенок, электрические силовые линии по-прежнему представляют собой замкнутые концентрические окружности, поле внутри диэлектрика по величине совпадает с полем пустого резонатора.
Трансформация капель воды в тонкий слой путем прижатия диэлектриком позволяет повысить чувствительность. Физической основой является влияние геометрии на поле в объеме этой капли.
Как известно (Кугушев A.M., Голубев Н.С. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергия. 1969. С. 372-376), в объеме диэлектрического шарика электрическое поле деформируется из-за граничных условий (Фиг. 3). Напряженность электрического поля внутри шарика E2 связана с невозмущенной напряженностью электрического поля вне шарика Eφ следующим выражением
где εж - относительная диэлектрическая проницаемость жидкого углеводорода (для авиационного керосина εк≈2.1);
- относительная диэлектрическая проницаемость воды
. Таким образом, поле внутри шара значительно меньше первичного поля Еφ. Там же показано, что поле внутри эллипсоида вращения имеет вид
где nэ - коэффициент деполяризации, учитывающий форму эллипсоида. Для шара ; для эллипсоида вращения с отношением осей 100 nэ=0,0004.
Трансформация капель воды в тонкий слой эквивалентна увеличению отношения осей эллипсоида. С ростом этого отношения коэффициент деполяризации nэ уменьшается, поле внутри эллипсоида растет и приближается к значению поля вне Eφ эллипсоида.
С другой стороны, трансформация капель воды в тонкий слой приводит к тому, что межфазные границы исчезают и тонкий слой влаги становится частью поверхности диэлектрика. А как показывает электродинамический анализ (Фиг. 2), поле на поверхности диэлектрика практически не отличается от максимального значения в пустом резонаторе.
На фиг. 6 и 7 представлены результаты экспериментальных исследований нагруженной добротности для резонатора с каплями и с тонким слоем влаги на твердой поверхности соответственно. Дозировка влаги осуществлялась микрошприцем с точностью дозировки 0,01 мл. Доверительная вероятность измерений равна 0,9, число измерений (каждый раз влага заново дозировалась) - 10.
В экспериментальной установке определения нагруженной добротности применялся скалярный измеритель цепей Р2М-18. Измеритель обеспечивает визуализацию коэффициента передачи по мощности в диапазоне до 18 ГГц: точность измерения мощности составляет 0,001 дБ, а частоты - 0,001 МГц, обзор частоты в эксперименте устанавливался равным 1 МГц. В Р2М-18 обеспечивается автоматическое слежение за максимумом коэффициента передачи. Результаты измерений документируются. Внешний вид скалярного измерителя цепей Р2М-18 и измерительного ЦОР показаны на фиг. 5. Геометрия резонатора: диаметр - 152 мм, высота - 112 мм; возбуждающая и приемные петли выступают от плоскости боковой стенки примерно на 1,5-2,0 мм, при этом плоскости петель перпендикулярны оси резонатора Z, а одна из торцевых стенок выполнена подвижной без гальванического контакта с боковой стенкой. Отношение квадрата диаметра к квадрату длины резонатора в экспериментальном резонаторе равно 2,25. Такой выбор «короткого» резонатора устраняет перепутывание рабочего колебания H011 с другими пространственными модами. Диэлектрическая пластина выполнена из ФТ-5 толщиной 5 мм. Пластина устанавливалась посередине длины резонатора с помощью трех специальных держателей. Абсолютное значение резонансной частоты с диэлектрической пластиной f0=2758,834 МГц.
Нагруженная добротность определялась по формуле
где Δf - полоса пропускания, определяемая по уровню половинной мощности (минус 3 дБ от уровня, соответствующего максимуму резонансной кривой). Прижатие капель осуществлялось диэлектрической пластиной из кварцевого стекла толщиной 100 мкм. Толщину диэлектрической пластины необходимо выбирать на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания, так чтобы СВЧ-потери в этой диэлектрической пластине не влияли общие потери в резонаторе и, следовательно, на результат определения влагосодержания. Материал диэлектрической прижимной пластины и пластины-основания должен обладать малыми СВЧ-потерями (кварцевое стекло, полиэтилен, фторопласт).
Из результатов, полученных в ходе эксперимента, можно сделать вывод, что размещение осадка жидкого углеводорода с каплями влаги в пучность (в максимум) электрического поля колебания H011 повышает чувствительность к наличию осажденной влаги по сравнению с прототипом. Это объясняется тем, что в прототипе максимальная чувствительность наблюдается при возбуждении пространственного колебания E010, распределение энергии электрического поля которого равномерно по длине (не имеет экстремума по длине). При этом добротность колебания H011 пустого резонатора в 5÷10 раз выше колебания E010.
Трансформация капель воды в тонкий слой путем прижатия диэлектрической пластиной приводит к тому, что межфазные границы исчезают и тонкий слой влаги становится частью поверхности диэлектрика. Электрическое поле на поверхности диэлектрика практически не отличается от максимального значения в пустом резонаторе. Это дополнительно на порядок повышает чувствительность.
Claims (1)
- Способ определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающийся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа Н011, измерении изменения добротности, вызванное наличием осажденной влаги, отличающийся тем, что исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147591/07A RU2571631C1 (ru) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147591/07A RU2571631C1 (ru) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571631C1 true RU2571631C1 (ru) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014147591/07A RU2571631C1 (ru) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571631C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02285236A (ja) * | 1989-04-27 | 1990-11-22 | Nok Corp | 水晶振動子湿度センサの製造法 |
US5073756A (en) * | 1989-06-24 | 1991-12-17 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method and apparatus for measuring the volumetric water content of mineral and/or organic mixtures |
JPH0447257A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-17 | Mitsubishi Materials Corp | 細骨材の水分測定方法 |
JP2002071585A (ja) * | 2000-08-28 | 2002-03-08 | Oyo Ryoshi Keisoku Kenkyusho:Kk | 土壌中油分の測定法および装置 |
RU2334217C1 (ru) * | 2007-05-02 | 2008-09-20 | Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) | Свч-резонаторный способ определения объемной доли влаги в жидких средах |
RU2372608C1 (ru) * | 2008-10-17 | 2009-11-10 | Юрий Всеволодович МАКЕЕВ | Способ измерения влагосодержания смеси и датчик для его осуществления |
RU2451929C1 (ru) * | 2010-11-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах |
-
2014
- 2014-11-25 RU RU2014147591/07A patent/RU2571631C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02285236A (ja) * | 1989-04-27 | 1990-11-22 | Nok Corp | 水晶振動子湿度センサの製造法 |
US5073756A (en) * | 1989-06-24 | 1991-12-17 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method and apparatus for measuring the volumetric water content of mineral and/or organic mixtures |
JPH0447257A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-17 | Mitsubishi Materials Corp | 細骨材の水分測定方法 |
JP2002071585A (ja) * | 2000-08-28 | 2002-03-08 | Oyo Ryoshi Keisoku Kenkyusho:Kk | 土壌中油分の測定法および装置 |
RU2334217C1 (ru) * | 2007-05-02 | 2008-09-20 | Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) | Свч-резонаторный способ определения объемной доли влаги в жидких средах |
RU2372608C1 (ru) * | 2008-10-17 | 2009-11-10 | Юрий Всеволодович МАКЕЕВ | Способ измерения влагосодержания смеси и датчик для его осуществления |
RU2451929C1 (ru) * | 2010-11-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bussey | Measurement of RF properties of materials a survey | |
RU2473889C1 (ru) | Способ измерения физической величины | |
RU2626409C1 (ru) | Способ измерения физических свойств жидкости | |
US9366613B2 (en) | Matrix permitivity determination | |
Andreev et al. | Measurement of dielectric material properties using coupled biconical resonators | |
RU2571631C1 (ru) | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах | |
RU2451929C1 (ru) | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах | |
CN110501355B (zh) | 平面微波腔体滴入式液体介电质值检测传感器 | |
RU2552106C1 (ru) | Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле | |
US8020432B1 (en) | Acoustic microelectromechanical viscometer | |
RU2559840C1 (ru) | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах | |
RU2331871C2 (ru) | Волноводный свч-способ измерения диэлектрической проницаемости жидких сред по критической длине волны | |
RU2571632C1 (ru) | Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах | |
RU2626458C1 (ru) | Способ измерения физических свойств жидкости | |
RU2244293C2 (ru) | Свч - способ определения содержания влаги и степени ее засоленности в жидких средах | |
RU2301418C1 (ru) | Свч-способ определения растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах | |
RU2358261C1 (ru) | Свч-способ определения влажности органических веществ | |
Drobakhin et al. | Measurement of dielectric material properties using coupled biconical resonators | |
RU2287806C2 (ru) | Свч-способ определения объемного процентного содержания влагосодержащих присадок в жидких углеводородах и топливах | |
RU2521722C1 (ru) | Устройство для измерения физических параметров объекта | |
RU2611210C1 (ru) | Способ измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости | |
RU2655028C1 (ru) | Волноводное устройство для измерения параметров жидкостей | |
RU2568678C2 (ru) | Способ определения наличия взвешенной влаги в жидких углеводородах | |
RU2558630C1 (ru) | Способ измерения уровня вещества в емкости | |
RU2634090C1 (ru) | Устройство для измерения физических свойств вещества в потоке |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161126 |