RU2614054C1 - Method for measuring liquid moisture content - Google Patents
Method for measuring liquid moisture content Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614054C1 RU2614054C1 RU2016113113A RU2016113113A RU2614054C1 RU 2614054 C1 RU2614054 C1 RU 2614054C1 RU 2016113113 A RU2016113113 A RU 2016113113A RU 2016113113 A RU2016113113 A RU 2016113113A RU 2614054 C1 RU2614054 C1 RU 2614054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moisture content
- dielectric
- values
- dielectric constant
- frequencies
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения влагосодержания различных диэлектрических жидких веществ, в частности нефти и нефтепродуктов, находящихся в емкостях или перекачиваемых по трубопроводам.The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision measurement of the moisture content of various dielectric liquid substances, in particular oil and oil products that are in tanks or pumped through pipelines.
При измерениях физических параметров веществ часто требуется на практике принимать меры для обеспечения независимости результатов измерения к физическим, в частности электрофизическим, параметрам влагосодержащей жидкости.When measuring the physical parameters of substances, it is often required in practice to take measures to ensure the independence of the measurement results to the physical, in particular electrophysical, parameters of the moisture-containing liquid.
Известны способы измерения и реализующие их устройства для определения влагосодержания различных жидкостей (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. 208 с. 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 запредельных волноводов (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. 208 с. С. 173-174). Недостатком таких способов и устройств является невысокая точность измерения при изменении сортности контролируемых веществ, в частности базового вещества в смеси (эмульсии, растворе и др.).Known measurement methods and devices that implement them to determine the moisture content of various liquids (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of process parameters. M .: Nauka. 1989. 208 pp. 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 transcendental waveguides (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of process parameters. M .: Nauka. 1989 .208 p. S. 173-174). The disadvantage of such methods and devices 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 A1, 30.07.1989), содержащее описание способа измерения, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому способу, и принятое в качестве прототипа. Этот известный способ состоит в применении двух измерительных каналов, каждый из которых содержит два проточных объемных резонатора, встраиваемых в трубопровод с перекачиваемым веществом, включенных в качестве частотозадающих элементов в схемы соответствующих автогенераторов, блок вычислений и индикатор. Указанные резонаторы встроены в трубопровод на его измерительном участке последовательно. Способ позволяет определять влагосодержание вещества независимо от его сортности, являющейся функцией электрофизических параметров вещества. Недостатком данного способа является невысокая точность измерения. Обусловлено это необходимостью проведения при реализации способа измерений резонансных частот объемных резонаторов. Эти частоты, однако, не являются фиксированными и, следовательно, переменными являются значения диэлектрической проницаемости воды на этих двух переменных частотах, хотя их точное знание необходимо для осуществления способа. Это заведомо предопределяет снижение точности измерения при переменности значений диэлектрической проницаемости воды или их изменении в процессе измерения.A technical solution is also known (SU 1497531 A1, 07/30/1989), containing a description of the measurement method closest in technical essence to the proposed method, and adopted as a prototype. This known method consists in the use of two measuring channels, each of which contains two flow-through resonators embedded in the pipeline with the pumped substance, which are included as frequency-setting elements in the circuits of the corresponding oscillators, calculation unit and indicator. These resonators are built into the pipeline in its measuring section in series. The method allows to determine the moisture content of a substance regardless of its grade, which is a function of the electrophysical parameters of the substance. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement. This is due to the need for the implementation of the method of measuring the resonant frequencies of volume resonators. These frequencies, however, are not fixed and, therefore, the dielectric constant of water at these two variable frequencies is variable, although their accurate knowledge is necessary for the implementation of the method. This obviously predetermines a decrease in the accuracy of the measurement when the values of the dielectric constant of the water are variable or change during the measurement.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of measurement.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ определения влагосодержания жидкости, при котором воздействуют на контролируемую диэлектрическую жидкость электромагнитными волнами на измерительном участке на двух разных частотах и которым соответствуют разные значения диэлектрической проницаемости воды, и определяют по результату этих воздействий соответствующие значения диэлектрической проницаемости ∈1 и ∈2 жидкости, а влагосодержание определяют как результат совместного преобразования измеряемых значений ∈1 и ∈2, значения ∈1 и ∈2 определяют по фазовому сдвигу Δϕ1 и Δϕ2, соответственно, а влагосодержание определяют по величине где , и - диэлектрическая проницаемость воды на частотах и соответственно, - номинальное значение диэлектрической проницаемости обезвоженной диэлектрической жидкости.The technical result is achieved by the fact that the proposed method for determining the moisture content of a liquid, in which they act on a controlled dielectric fluid by electromagnetic waves in the measuring section at two different frequencies and which correspond to different values of the dielectric constant of water, and determine the corresponding values of the dielectric constant ∈ 1 and ∈ 2 of the liquid from the results of these actions, and the moisture content is determined as the result of a joint transformation of the measured values of ∈ 1 and ∈ 2 , the values of ∈ 1 and ∈ 2 are determined by the phase shift Δϕ 1 and Δϕ 2 , respectively, and the moisture content is determined by Where , and - dielectric constant of water at frequencies and respectively, - the nominal value of the dielectric constant of the dehydrated dielectric fluid.
Предлагаемый способ поясняется чертежом на фиг. 1, где изображена функциональная схема реализующего способ устройства, поясняющая сущность способа.The proposed method is illustrated by the drawing in FIG. 1, which shows a functional diagram of a device implementing the method, explaining the essence of the method.
Здесь показаны генераторы 1 и 2, передающие антенны 3 и 4, трубопровод 5, приемные антенны 6 и 7, фазовые детекторы 8 и 9, вычислительное устройство 10, индикатор 11.Shown here are
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
В данном способе реализуют структурный подход к достижению инвариантности к диэлектрической проницаемости ∈н контролируемой жидкости, в частности, к ее сортности, изменения которой имеют место, в частности, при контроле нефти и нефтепродуктов в какой-либо емкости или в процессе их транспортирования. Этот подход связан с организацией двух измерительных каналов с совместным функциональным преобразованием их выходных величин с целью получения результата этого преобразования, который не зависит от возмущающего фактора, в данном случае - от величины диэлектрической проницаемости ∈н контролируемой жидкости и изменений ∈н.This method implements a structural approach to achieve invariance of the dielectric constant ∈ n of the controlled fluid, in particular, its grade, the changes of which take place, in particular, when controlling oil and oil products in any tank or during their transportation. This approach is associated with the organization of two measuring channels with a joint functional conversion of their output quantities in order to obtain the result of this conversion, which does not depend on the perturbing factor, in this case, the dielectric constant ∈ n of the controlled fluid and changes ∈ n .
Величина диэлектрической проницаемости ∈1 влагосодержащего диэлектрика, имеющего диэлектрическую проницаемость ∈н и влагосодержание W, описывается при малых W формулой Винера (Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов / Кричевский Е.С., Бензарь В.К., Венедиктов В. М.В. Под общ. ред. Кричевского Е.С. М.: Энергия. 1980. 240 с.):The value of the permittivity ∈ 1 of a moisture-containing dielectric having a permittivity ∈ n and a moisture content of W is described for small W by the Wiener formula (Theory and practice of express control of humidity of solid and liquid materials / Krichevsky E.S., Benzar V.K., Venediktov V. M.V. Under the general editorship of Krichevsky E.S. M .: Energy. 1980. 240 p.):
где , - диэлектрическая проницаемость воды, являющаяся функцией частоты в СВЧ-диапазоне частот.Where , - dielectric constant of water, which is a function of frequency in the microwave frequency range.
Например, если производить измерения на частоте то а на частоте то если считать ∈н=2.For example, if you measure at a frequency then and at the frequency then if we consider ∈ n = 2.
При проведении измерений на фиксированной частоте электромагнитной волны при прохождении ею слоя диэлектрика (влагосодержащей жидкости) имеет место фазовый сдвиг этой волныWhen taking measurements at a fixed frequency electromagnetic wave when it passes through a layer of dielectric (moisture-containing liquid), a phase shift of this wave takes place
С учетом (1) формула (2) принимает следующий вид:In view of (1), formula (2) takes the following form:
Согласно данному способу, измерение значения Δϕ1 и Δϕ2 фазового сдвига производят на двух соответствующих фиксированных частотах и электромагнитной волны. При этом получаем два соотношения:According to this method, the measurement of the values of Δϕ 1 and Δϕ 2 phase shift is carried out at two corresponding fixed frequencies and electromagnetic wave. In this case, we obtain two relations:
где , .Where , .
Выражения для в формулах (4) и (5) можно упростить, если положить , и не зависят от ∈н, что допустимо при малых значениях влагосодержания (до ~ 5%) и реальных пределах изменения ∈н.Expressions for in formulas (4) and (5) can be simplified if we put , and do not depend on ∈ n , which is permissible for small values of moisture content (up to ~ 5%) and real ranges of variation of ∈ n .
Постоянство величин и для соответствующих частот и вытекает из постоянства величин ∈н и ∈в, входящих в формулы для и Величина постоянна в широком диапазоне изменения частоты , величина ∈в постоянна на недисперсионном участке кривой и принимается постоянной на дисперсионном участке этой кривой. Это справедливо при проведении изменений с помощью измерительных устройств, работающих на фиксированных частотах.Consistency and for corresponding frequencies and It follows from the constancy of n ∈ and ∈ in included in the formula for and The value is constant over a wide range of frequency changes. , the quantity ∈ in is constant on the non-dispersive portion of the curve and is assumed constant on the dispersion portion of this curve. This is true when making changes using measuring devices operating at fixed frequencies.
Покажем теперь на реальном примере, что и а точнее величины входящие в общем виде (при произвольном значении частоты ) в формулу (1), не зависят (с некоторой допустимой погрешностью) от ∈н. Так, при реальном изменении ∈в на 10% по сравнению с первоначальным значением ∈н=2, т.е. до значения 2,2, при значениях частот и будем иметь:Let us show now with a real example that and more precisely, the quantities incoming in general form (at an arbitrary frequency value ) to formula (1), do not depend (with some permissible error) on ∈ н . So, with a real change in ∈ in by 10% compared with the initial value of ∈ n = 2, i.e. to a value of 2.2, at frequencies and will have:
при ∈н=2: for ∈ n = 2:
при ∈н=2,2: for ∈ n = 2.2:
Отсюда следует, что относительное изменение есть ~ 0,9%, а относительное изменение есть ~ 2,6%.It follows that the relative change there is ~ 0.9%, and the relative change there is ~ 2.6%.
Оценим, как влияют эти изменения и на коэффициенты при в формуле (1) при и а именно на коэффициент и коэффициент :Let's evaluate how these changes affect and by the coefficients at in the formula (1) with and namely, the coefficient and coefficient :
при ∈н=2 имеем: k1≈2,752, k2≈2,31;for ∈ n = 2, we have: k 1 ≈2.752, k 2 ≈2.31;
при ∈н=2,2 имеем: k1≈2,727, k2≈2,33.for ∈ n = 2.2 we have: k 1 ≈2.727, k 2 ≈2.33.
Отсюда следует, что относительное изменение как k1, так и k2 есть ~ 0,9%, что в ~100 раз меньше относительного изменения ∈н, т.е. реальное изменение ∈н не влияет практически на k1 и k2. В формулах для и можно использовать для выражения ∈н значение - номинальное значение диэлектрической проницаемости обезвоженной диэлектрической жидкости.It follows that the relative change in both k 1 and k 2 is ~ 0.9%, which is ~ 100 times less than the relative change in ∈ n , i.e. a real change in ∈ n does not practically affect k 1 and k 2 . In the formulas for and can be used to express ∈ n the value - the nominal value of the dielectric constant of the dehydrated dielectric fluid.
При достаточно больших значениях W следует использовать другие известные выражения для ∈ (Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов/ Кричевский Е.С., Бензарь В.К., Венедиктов В. М.В. Под общ. ред. Кричевского Е.С. М.: Энергия. 1980. 240 с.).For sufficiently large values of W, other well-known expressions for ∈ should be used (Theory and practice of express control of humidity of solid and liquid materials / Krichevsky E.S., Benzar V.K., Venediktov V.V. M. Under the general editorship of Krichevsky E .S. M.: Energy. 1980.240 s.).
С учетом вышесказанного формулы (4) и (5) могут быть записаны, соответственно, так:Given the above formulas (4) and (5) can be written, respectively, as follows:
Производя в первом измерительном канале определение Δϕ1 согласно соотношению (6), а во втором измерительном канале определение Δϕ2 согласно соотношению (7), будем иметь систему двух уравнений (6) и (7) для определения W. Решая эту систему уравнений, находим значение влагосодержания W:When determining Δϕ 1 in the first measuring channel according to relation (6), and determining Δϕ 2 in the second measuring channel according to relation (7), we will have a system of two equations (6) and (7) for determining W. Solving this system of equations, we find moisture value W:
где , , и - диэлектрическая проницаемость воды на частотах и соответственно, - номинальное значение диэлектрической проницаемости обезвоженной диэлектрической жидкости.Where , , and - dielectric constant of water at frequencies and respectively, - the nominal value of the dielectric constant of the dehydrated dielectric fluid.
Итак, полученное соотношение (8) обеспечивает при измерениях W достижение инвариантности к величине ∈н контролируемой жидкости.Thus, the obtained relation (8) ensures the achievement of invariance in the measurements of W of the quantity ∈ ∈ N of the controlled fluid.
На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующая данный способ измерения. Электромагнитные колебания частот и поступают с генераторов 1 и 2 на соответствующие передающие антенны 3 и 4. Выходные сигналы приемных антенн 6 и 7, расположенных с противоположных сторон трубопровода 5, подаются вместе с опорными сигналами с генераторов 1 и 2 на входы фазовых детекторов 8 и 9. Их выходные сигналы, пропорциональные фазовым сдвигам Δϕ1 и Δϕ2, поступают далее на вычислительное устройство 10 и далее на индикатор 11 для определения влагосодержания W. Зондирование потока с помощью антенн 3 и 6, 4 и 7 осуществляется через радиопрозрачные окна в стенках трубопровода.In FIG. 1 shows a diagram of a device that implements this measurement method. Electromagnetic frequency oscillations and come from the
Производя в вычислительном блоке 10 совместно преобразование измеряемых значений Δϕ1 и Δϕ2 согласно (8), определяют искомое значение влагосодержания W, которое не зависит от диэлектрической проницаемости ∈н контролируемой жидкости.Performing in
Предлагаемый способ может быть реализован как при работе с образцами контролируемой влагосодержащей жидкости в стационарных условиях, так и при ее движении - при перемещении жидкости по трубопроводу.The proposed method can be implemented both when working with samples of a controlled moisture-containing fluid in stationary conditions, and when it moves - when moving the fluid through the pipeline.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113113A RU2614054C1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Method for measuring liquid moisture content |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113113A RU2614054C1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Method for measuring liquid moisture content |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614054C1 true RU2614054C1 (en) | 2017-03-22 |
Family
ID=58453072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016113113A RU2614054C1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Method for measuring liquid moisture content |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614054C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2661349C1 (en) * | 2017-09-27 | 2018-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Dielectric fluid moisture content determination method |
Citations (5)
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 |
SU1693495A1 (en) * | 1989-05-22 | 1991-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследования, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин | Method of determining moisture content of gas-liquid flow |
WO1993021516A1 (en) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | Thermedics Inc. | Meter and method for in situ measurement of the electromagnetic properties of various process materials using cutoff frequency characterization and analysis |
WO2000043759A1 (en) * | 1999-01-22 | 2000-07-27 | The University Of Liverpool | Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid |
US20050257601A1 (en) * | 2004-05-19 | 2005-11-24 | Bogdan Niewczas | Method for measuring concentration of solid or liquid particulate matter in a gaseous carrier medium |
-
2016
- 2016-04-06 RU RU2016113113A patent/RU2614054C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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 |
SU1693495A1 (en) * | 1989-05-22 | 1991-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследования, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин | Method of determining moisture content of gas-liquid flow |
WO1993021516A1 (en) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | Thermedics Inc. | Meter and method for in situ measurement of the electromagnetic properties of various process materials using cutoff frequency characterization and analysis |
WO2000043759A1 (en) * | 1999-01-22 | 2000-07-27 | The University Of Liverpool | Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid |
US20050257601A1 (en) * | 2004-05-19 | 2005-11-24 | Bogdan Niewczas | Method for measuring concentration of solid or liquid particulate matter in a gaseous carrier medium |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2661349C1 (en) * | 2017-09-27 | 2018-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Dielectric fluid moisture content determination method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8076950B2 (en) | Method and apparatus for measuring the water conductivity and water volume fraction of a multiphase mixture containing water | |
US7631543B2 (en) | Method and apparatus for measuring the composition and water salinity of a multiphase mixture containing water | |
Hosseini et al. | Selective real-time non-contact multi-variable water-alcohol-sugar concentration analysis during fermentation process using microwave split-ring resonator based sensor | |
NO326977B1 (en) | Method and apparatus for measuring the conductivity of the water fraction in a wet gas | |
RU2473889C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
RU2614054C1 (en) | Method for measuring liquid moisture content | |
Makeev et al. | Microwave measurement of water content in flowing crude oil | |
RU2612033C1 (en) | Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream | |
RU2578749C1 (en) | Method of determining position of interface of two substances in container | |
RU2536164C1 (en) | Device to detect concentration of mixture of substances | |
RU2536184C1 (en) | Concentration meter | |
Sheila-Vadde et al. | Non-intrusive microwave system for multiphase flow metering | |
US20210003514A1 (en) | Microwave soil moisture sensor based on phase shift method and independent of electrical conductivity of the soil | |
RU2661349C1 (en) | Dielectric fluid moisture content determination method | |
Harlow et al. | Measuring water content in saline sands using impulse time domain transmission techniques | |
RU2670707C9 (en) | Method of measuring flow speed of dielectric substance | |
RU169540U1 (en) | FLOW MICROWAVE HUMIDIFIER | |
RU2569180C1 (en) | Method of flow measuring of water part in mixture with hydrocarbon liquid and device for its realisation | |
Zhang et al. | Broadband interferometric dielectric spectroscopy for aqueous solutions | |
RU2521722C1 (en) | Measuring device of physical parameters of object | |
RU2559840C1 (en) | Microwave technique for determining precipitated moisture in liquid hydrocarbons | |
RU181064U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF A LIQUID | |
RU2799733C1 (en) | Method for measuring level of dielectric liquid in tank | |
RU2645836C1 (en) | Method of determining the level of liquid in a reservoir | |
Ling et al. | Tea leaves moisture prediction using one-port monopole sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210407 |