RU2571632C1 - Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons - Google Patents
Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571632C1 RU2571632C1 RU2014147524/07A RU2014147524A RU2571632C1 RU 2571632 C1 RU2571632 C1 RU 2571632C1 RU 2014147524/07 A RU2014147524/07 A RU 2014147524/07A RU 2014147524 A RU2014147524 A RU 2014147524A RU 2571632 C1 RU2571632 C1 RU 2571632C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moisture
- resonator
- dielectric
- liquid
- precipitated
- 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.A known conductometric method for determining humidity (see. Zhukov Yu.P., Kulakov MV High-frequency electrodeless conductometry. - M: Energy, 1968. S. 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, МКл 6 G01Ν 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 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 Η011 - 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 G01Ν 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 , measure the change in the quality factor of a cylindrical volume resonator with oscillations Using H 011 , which is caused by the introduction of the material under investigation, an electromagnetic field of type E 010 is further excited, the change in the quality factor of the cylindrical volume resonator with oscillation E 010 , which is caused by the introduction of the material under study, is measured, while the cylindrical volume resonator is completely filled with the test liquid at the beginning, after some time sludge - about ten seconds, the liquid is drained so that moisture sludge remains on the lower end wall of the resonator. The change in the quality factor of a cylindrical volume resonator with a variation 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 variation of Η 011 - in the range of 0.4-2%.
Недостатком прототипа является недостаточная чувствительность определения осажденной влаги и невозможность изменения диапазона измерений при сохранении высокой чувствительности (например, содержание осажденной влаги в пробе для измерений сильно зависит от того, когда взята эта проба - сразу или после слива некоторого количества топлива из баков летательного аппарата).The disadvantage of the prototype is the lack of sensitivity for determining precipitated moisture and the inability to change the measuring range while maintaining high sensitivity (for example, the content of precipitated moisture in the sample for measurements strongly depends on when this sample was taken - immediately or after draining a certain amount of fuel from the tanks of the aircraft).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и реализация возможности ее изменения при определении объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах.The technical result of the invention is to increase the sensitivity and the possibility of changing it when determining the volumetric concentration of precipitated moisture in liquid hydrocarbons.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в полном заполнении исследуемой жидкостью цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту, удалении через время t≥10 сек жидкости из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа H011; оценке по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора объемной концентрации осажденной влаги, дополнительно на нижней торцевой стенке устанавливают диэлектрик высотой h, с диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора, при удалении исследуемой жидкости оставляют влагу на поверхности диэлектрика, при этом варьируя отношение , изменяют диапазон измерений при сохранении высокой чувствительности к объемной концентрации осажденной влаги, где l - длина резонатора.This 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 the investigated fluid with a cylindrical volume resonator with a longitudinal axis perpendicular to the horizon, removing after a time t≥10 sec the liquid from the cavity of the resonator with moisture, excitation of electromagnetic waves type H 011 ; assessment by changing the quality factor of a cylindrical volume resonator of the volume concentration of deposited moisture, an additional dielectric of height h is installed on the lower end wall with a dielectric constant ε d and a diameter equal to the diameter of the resonator; moisture is left on the surface of the dielectric when the liquid under investigation is removed, while varying the ratio , change the measurement range while maintaining high sensitivity to the volumetric concentration of precipitated moisture, where l is the length of the resonator.
На фиг. 1 представлен внешний вид внутреннего объема резонатора с возмущающим диэлектриком, расположенным на торцевой стенке, на фиг. 2 - результаты численного моделирования электрического поля электромагнитного колебания H011 пустого резонатора; на фиг. 3 - результаты экспериментальных исследований для пустого резонатора; на фиг. 4 - результаты численного моделирования электрического поля электромагнитного колебания H011 резонатора с возмущающим диэлектриком; на фиг. 5 - результаты экспериментальных исследований для резонатора с возмущающим диэлектриком; на фиг. 6 - внешний вид экспериментальной установки для измерения нагруженной добротности.In FIG. 1 shows the appearance of the internal volume of the resonator with a perturbing dielectric located on the end wall, in FIG. 2 - the results of numerical simulation of the electric field of electromagnetic waves H 011 empty resonator; in FIG. 3 - experimental results for an empty resonator; in FIG. 4 - the results of numerical simulation of the electric field of electromagnetic waves H 011 of a resonator with a perturbing dielectric; in FIG. 5 - experimental results for a resonator with a perturbing dielectric; in FIG. 6 is an external view of an experimental setup for measuring a loaded Q factor.
Суть СВЧ-способа определения осажденной влаги в жидких углеводородах заключается в возмущении (помещение внутрь резонатора) электромагнитного поля цилиндрического объемного резонатора (ЦОР) диэлектриком, расположенным на одной из торцевых стенок резонатора, высотой h, диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора (Фиг. 1).The essence of the microwave method for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons is to perturb (put inside the resonator) the electromagnetic field of a cylindrical volume resonator (COR) by a dielectric located on one of the end walls of the resonator, with a height h, permittivity ε d and a diameter equal to the diameter of the resonator ( Fig. 1).
Электрическое поле 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. Проведенный численный анализ электрического поля пространственного колебания Нои электромагнитного поля методом конечных элементов в системе COMSOL Multiphysics показывает те же самые результаты: поле максимально (красный цвет на фиг. 2) по середине длины и радиуса и равно нулю на оси и у торцевых стенок (синий цвет).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 Professor N.E. Zhukovsky, 1964. - 356 p.) Is a closed concentric circle, the field is maximally 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 vibration of Noah of the electromagnetic field by the finite element method in the COMSOL Multiphysics system shows the same results: the field is maximum (red color in Fig. 2) in the middle of the length and radius and equal to zero on the axis and at the end walls (blue color )
На фиг. 3 показаны экспериментальные значения нагруженной добротности пустого резонатора от объемной концентрации влаги в осадке %V.In FIG. Figure 3 shows the experimental values of the loaded Q-factor of an empty resonator versus volumetric moisture concentration in sediment% V.
На фиг. 4 показан результат численного моделирования электрического поля пространственного колебания H011 цилиндрического объемного резонатора, возмущенного диэлектриком высотой h, диэлектрической проницаемостью εд, расположенным на одной из его торцевых стенок, и диаметром, равным диаметру 2а резонатора (фиг. 4). Силовые электрические линии по-прежнему представляют собой замкнутые концентрические окружности, но поле при этом концентрируется к возмущающему диэлектрику (узел смещается к торцевой стенке, где расположен диэлектрик). Степень концентрации увеличивается с ростом диэлектрической проницаемости εд и высоты диэлектрика h. На другой торцевой стенке по-прежнему наблюдается пучность поля. При этом резонансная частота по отношению к резонансной частоте основного колебания H011, равнойIn FIG. Figure 4 shows the result of numerical simulation of the electric field of the spatial oscillation H 011 of a cylindrical volume resonator perturbed by a dielectric of height h, dielectric constant ε d located on one of its end walls and a diameter equal to the diameter 2 a of the resonator (Fig. 4). Power electric lines are still closed concentric circles, but the field is concentrated towards the perturbing dielectric (the assembly is shifted to the end wall where the dielectric is located). The degree of concentration increases with increasing dielectric constant ε d and dielectric height h. On the other end wall, the antinode of the field is still 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 , при (материал - фторопласт) изменяется примерно на 30 МГц.where a is the radius; l is the length of the resonator, for the oscillation H 011 characteristic number at (material - ftoroplast) changes by about 30 MHz.
Смещение узла к возмущающему диэлектрику позволяет увеличить чувствительность к объемной концентрации осажденной влаги. Изменяя отношение , можно изменять смещение узла к возмущающему диэлектрику и, следовательно, изменять диапазон измерений при сохранении высокой чувствительности. На фиг. 5 показаны экспериментальные значения нагруженной добротности резонатора с возмущающим диэлектриком от объемной концентрации влаги в осадке %V при различной величине и . Размеры резонатора: а=15 мм; l=105 мм; h=15 и 10 мм. Эксперимент показывает почти на 2 порядка большую чувствительность (Фиг. 5) по сравнению с прототипом (Фиг. 3). Высокая чувствительность к содержанию осажденной влаги сохраняется в диапазоне примерно 0,0025÷0,01% объемной доли для и в диапазоне примерно 0,0075÷0,2% для .The displacement of the node to the perturbing dielectric can increase the sensitivity to the volume concentration of precipitated moisture. Changing attitude , you can change the offset of the node to the perturbing dielectric and, therefore, change the measurement range while maintaining high sensitivity. In FIG. Figure 5 shows the experimental values of the loaded figure of merit of a resonator with a perturbing dielectric on the volumetric moisture concentration in the sediment% V at various values and . Resonator dimensions: a = 15 mm; l = 105 mm; h = 15 and 10 mm. The experiment shows almost 2 orders of magnitude greater sensitivity (Fig. 5) compared with the prototype (Fig. 3). High sensitivity to the content of precipitated moisture remains in the range of about 0.0025 ÷ 0.01% by volume for and in the range of about 0.0075 ÷ 0.2% for .
На фиг. 6 показан внешний вид экспериментальной установки для измерения нагруженной добротности. В СВЧ-генераторе Г4-80 применяется внешнее управление частотной модуляцией (управляющий пилообразный сигнал снимается с осциллографа С1-65) с выводом сигнала детектора на осциллограф. Средняя частота СВЧ сигнала контролировалась частотомером 43-54 с блоком преобразователя частоты ЯЗЧ-72 (после перевода режима генератора частоты Г4-80 в «непрерывный»). Точность измерения частоты составила 1 кГц, а нагруженной добротности - ±750 абсолютных единиц с доверительной вероятностью 0,85.In FIG. 6 shows the appearance of an experimental setup for measuring a loaded Q factor. In the G4-80 microwave generator, external control of frequency modulation is applied (the control sawtooth signal is removed from the oscilloscope C1-65) with the output of the detector signal to the oscilloscope. The average frequency of the microwave signal was controlled by a 43-54 frequency meter with a YAZCh-72 frequency converter unit (after the G4-80 frequency generator was switched to “continuous” mode). The frequency measurement accuracy was 1 kHz, and the loaded Q factor was ± 750 absolute units with a confidence probability of 0.85.
Таким образом, по сравнению с прототипом в резонатор помещают возмущающий диэлектрик, расположенный на одной из торцевых стенок резонатора, высотой h, диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора. Смещение узла к возмущающему диэлектрику позволяет увеличить чувствительность к объемной концентрации осажденной влаги. А изменяя отношение , можно изменять смещение узла к возмущающему диэлектрику и, следовательно, изменять диапазон измерений при сохранении высокой чувствительности. Изменять отношение можно, или изменяя высоту возмущающего диэлектрика h, или изменяя длину резонатора l.Thus, in comparison with the prototype, a perturbing dielectric located on one of the end walls of the resonator with a height h, dielectric constant ε d and a diameter equal to the diameter of the resonator is placed in the resonator. The displacement of the node to the perturbing dielectric can increase the sensitivity to the volume concentration of precipitated moisture. A changing attitude , you can change the offset of the node to the perturbing dielectric and, therefore, change the measurement range while maintaining high sensitivity. Change attitude it is possible, either by changing the height of the perturbing dielectric h, or by changing the cavity length l.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147524/07A RU2571632C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147524/07A RU2571632C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571632C1 true RU2571632C1 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014147524/07A RU2571632C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571632C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806026C1 (en) * | 2023-04-18 | 2023-10-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Microwave method for determining free water in liquid hydrocarbons |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 (en) * | 1990-06-15 | 1992-02-17 | Mitsubishi Materials Corp | Measuring method for moisture of fine aggregate |
JP2009058379A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Oji Paper Co Ltd | Method of measuring moisture content and coating amount |
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 |
-
2014
- 2014-11-25 RU RU2014147524/07A patent/RU2571632C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 (en) * | 1990-06-15 | 1992-02-17 | Mitsubishi Materials Corp | Measuring method for moisture of fine aggregate |
JP2009058379A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Oji Paper Co Ltd | Method of measuring moisture content and coating amount |
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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806026C1 (en) * | 2023-04-18 | 2023-10-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Microwave method for determining free water in liquid hydrocarbons |
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 | |
RU2473889C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
EP1144985B1 (en) | Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid | |
RU2451929C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2571632C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2559840C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2451928C1 (en) | Microwave technique for determining moisture content of liquid hydrocarbons and fuel | |
RU2552106C1 (en) | Uhf method of determination of dielectric permeability and thickness of coatings on metal | |
US8307711B2 (en) | Apparatus for inspection of a fluid and method | |
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 | |
RU2287806C2 (en) | Microwave method of determination of volume percentage of moisture-containing additives in liquid hydrocarbons and fuels | |
RU2365902C1 (en) | Detector of oil humidity | |
RU2358261C1 (en) | Microwave method of determining moisture of organic substances | |
RU2393435C1 (en) | Method of indicating availability of liquid in reservoir and device for realising said method | |
RU2626458C1 (en) | Method of measuring physical properties of liquid | |
RU2611439C1 (en) | Method for measuring composition of two-phase substance in the stream | |
RU2614054C1 (en) | Method for measuring liquid moisture content | |
RU2568678C2 (en) | Method for determining availability of suspended moisture in liquid hydrocarbons | |
RU2827494C1 (en) | Apparatus for determining density of liquid media by measuring frequency of self-oscillating string system | |
RU2620773C1 (en) | Sensor of physical substance properties | |
RU2735315C1 (en) | Liquid surface parameters gage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161126 |