RU2646526C1 - Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids - Google Patents

Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2646526C1
RU2646526C1 RU2017122043A RU2017122043A RU2646526C1 RU 2646526 C1 RU2646526 C1 RU 2646526C1 RU 2017122043 A RU2017122043 A RU 2017122043A RU 2017122043 A RU2017122043 A RU 2017122043A RU 2646526 C1 RU2646526 C1 RU 2646526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
measuring sensor
signal
channel
reference capacitor
Prior art date
Application number
RU2017122043A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Петрович Татаровский
Александр Леонидович Викулин
Владимир Геннадьевич Соловьев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТЕСТ-ГАРАНТ" (ООО "ТЕСТ-ГАРАНТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ТЕСТ-ГАРАНТ" (ООО "ТЕСТ-ГАРАНТ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТЕСТ-ГАРАНТ" (ООО "ТЕСТ-ГАРАНТ")
Priority to RU2017122043A priority Critical patent/RU2646526C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646526C1 publication Critical patent/RU2646526C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids comprises stages at which alternating voltage of alternating frequency in the range from 10 Hz to 1 mhz is supplied to its electrodes after filling of the inter-electrode space of the measuring sensor with investigated liquid, and its spectral characteristic is measured. For this purpose, electric capacitance of the measuring sensor is determined in the investigated liquid in case of step change of the frequency. The pitch of the frequency variation is determined depending on frequency range. The working frequency is determined for which purpose a base frequency of transducer signal is measured without its connection to the measuring sensor and the reference capacitor, the reference frequency of converter signal with reference capacitor connected thereto and frequency of the converter signal with the measuring sensor connected thereto. The capacitance of the sensor in liquid under test is determined on the basis of the measured frequencies.
EFFECT: reduced time and increased accuracy for determination of dielectric parameters in measured medium, simplified hardware component.
2 cl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях.The invention relates to measuring technique and can be used to reliably determine the component composition and impurities in liquid dielectrics used in the petroleum product supply system, medicine and scientific research.

Из существующего уровня техники известны различные способы определения диэлектрических параметров в жидких диэлектриках. Например, известен способ, в котором на вход резонатора подают сигнал, модулированный по частоте пилообразным низкочастотным сигналом и низкочастотным гармоническим сигналом с индексом модуляции, соответствующим уменьшению мощности резонансной кривой в 2 раза, и по положению вершины резонансной кривой определяют уровень половинной мощности. Добротность затем вычисляют по определенным значениям частот, соответствующим вершине резонансной кривой и уровням половинной мощности (см., напр., RU 1493958, опубл. 15.07.1989).Various methods for determining dielectric parameters in liquid dielectrics are known in the art. For example, a method is known in which a signal modulated in frequency by a sawtooth low-frequency signal and a low-frequency harmonic signal with a modulation index corresponding to a 2-fold decrease in the power of the resonance curve is applied to the resonator input, and the half power level is determined from the position of the peak of the resonance curve. The quality factor is then calculated from certain frequency values corresponding to the peak of the resonance curve and half power levels (see, for example, RU 1493958, publ. 15.07.1989).

Известен также принятый за наиболее близкий аналог способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей в широком диапазоне частот в одной ячейке, при этом в диапазоне частот выше 100 МГц диэлектрическую проницаемость вычисляют через измеренные значения комплексного коэффициента передачи электромагнитной волны (параметра матрицы рассеяния S12), а в диапазоне частот ниже 1 МГц - через измерение полной проводимости (см., напр., RU 2509315, опубл. 20.11.2013).A method of measuring the complex dielectric constant of liquids in a wide frequency range in one cell is also known as the closest analogue, while in the frequency range above 100 MHz, the dielectric constant is calculated through the measured values of the complex transmission coefficient of the electromagnetic wave (scattering matrix parameter S 12 ), and the frequency range below 1 MHz - through the measurement of the total conductivity (see, for example, RU 2509315, publ. 20.11.2013).

Недостатком этих способов является то, что они могут быть использованы только для измерения высоких значений диэлектрических параметров (например, добротности - 106 и выше), при этом на погрешность измерения существенное влияние оказывает нестабильность частоты сигнала возбуждения и температурный режим. Также недостатками этих технических решений являются сложность их реализации и невысокая точность, обусловленная погрешностью измерения.The disadvantage of these methods is that they can only be used to measure high values of dielectric parameters (for example, Q factors - 10 6 and higher), while the measurement error is significantly affected by the instability of the frequency of the excitation signal and the temperature regime. Also the disadvantages of these technical solutions are the complexity of their implementation and low accuracy due to measurement error.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях, включая микропримеси металлов и серы, по пиковым характеристикам импедансных спектров, получаемых при анализе жидких диэлектриков в диапазоне низких частот.The task to which the claimed technical solution is directed is to develop a method for measuring the composition and concentration of impurities in low-polar liquids, including trace metals and sulfur, by the peak characteristics of the impedance spectra obtained by analyzing liquid dielectrics in the low frequency range.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях, включающем в себя введение исследуемой жидкости в измерительный датчик, снабженный эталонным конденсатором и выполненный в виде заполняемого конденсатора, подачу на электроды измерительного датчика переменного напряжения переменной частоты, согласно изобретению, подают на электроды измерительного датчика переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют спектральную характеристику измерительного датчика посредством определения электрической емкости измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты, при этом для каждой частотной точки производят установку рабочей частоты и сопротивления опорных резисторов с учетом комплексного значения сопротивления измерительного датчика, каждый шаг измерения синхронно оцифровывают по трем каналам - каналу опорного сигнала, каналу эталонного сигнала и каналу измеряемого сигнала для каждой частотной точки, для каждого канала рассчитывают средние значения полученных величин, полученные значения приводят к двухполярному сигналу, рассчитывают среднеквадратичные значения и на основании полученных данных рассчитывают косинусы углов сдвига фаз и косинусы углов диэлектрических потерь для эталонного конденсатора и для измерительного датчика, определяют углы диэлектрических потерь и фазовую погрешность, соответствующую значениям разницы углов фазового сдвига между эталонным конденсатором и измерительным датчиком, по полученным значениям строят графики спектрограмм, характеризующие компонентный состав продукта.The problem is solved due to the fact that in the method for measuring the composition and concentration of impurities in low-polar liquids, which includes introducing the test liquid into a measuring sensor equipped with a reference capacitor and made in the form of a filled capacitor, applying an alternating voltage alternating voltage to the electrodes of the measuring sensor, according to of the invention, an alternating voltage of a variable frequency is applied to the electrodes of the measuring sensor in the range from 10 Hz to 1 MHz and the spectral characteristic is measured measuring sensor by determining the electric capacitance of the measuring sensor in the test fluid with a step change in frequency, while for each frequency point the working frequency and resistance of the reference resistors are set taking into account the complex value of the resistance of the measuring sensor, each measurement step is synchronously digitized through three channels - the reference channel signal, the channel of the reference signal and the channel of the measured signal for each frequency point; for each channel, average e values of the obtained values, the obtained values lead to a bipolar signal, calculate the rms values and based on the obtained data calculate the cosines of the phase angle and the cosines of the dielectric loss angles for the reference capacitor and for the measuring sensor, determine the dielectric loss angles and the phase error corresponding to the values of the angle difference of the phase shift between the reference capacitor and the measuring sensor, spectrogram plots are constructed from the obtained values, The component composition of the product.

Для определения электрической емкости измерительного датчика измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком, на основании измеренных частот определяют емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости по формуле:To determine the electric capacitance of the measuring sensor, the base frequency of the transmitter signal is measured without connecting it to the measuring sensor and the reference capacitor, the reference frequency of the converter signal with the connected capacitor connected to it and the frequency of the converter signal with the measuring sensor connected to it, the capacitance of the measuring sensor is determined based on the measured frequencies in the test fluid according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Cx - емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости, Ф;C x - the capacity of the measuring sensor in the test fluid, f;

Fbas - частота сигнала емкостного преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, Гц;F bas - signal frequency of a capacitive transducer without connecting it to a measuring sensor and a reference capacitor, Hz;

Fetal - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором, Гц;F etal - frequency signal of a capacitive converter with a reference capacitor connected to it, Hz;

Fsens - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком, размещенным в исследуемой жидкости, Гц;F sens is the signal frequency of the capacitive transducer with a measuring sensor connected to it, located in the test fluid, Hz;

Cetal - емкость эталонного конденсатора, Ф.C etal is the capacitance of the reference capacitor, F.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение габаритов измерительного датчика и упрощение аппаратурной составляющей за счет применения импедансной спектроскопии в широком диапазоне малых частот от 10 Гц до 1 мГц при малой напряженности электрического поля, уменьшение времени и повышение точности определения диэлектрических параметров жидких диэлектриков по пиковым характеристикам получаемых спектрограмм, выражающих максимум информации о молекулярных взаимодействиях в диэлектрике и, как следствие, о составе измеряемой среды.The technical result provided by the given set of features is to reduce the dimensions of the measuring sensor and simplify the hardware component through the use of impedance spectroscopy in a wide range of low frequencies from 10 Hz to 1 MHz at low electric field strength, reduce time and increase the accuracy of determination of dielectric parameters of liquid dielectrics by peak characteristics of the obtained spectrograms expressing the maximum information about molecular interactions in the dielectric ke and, as a consequence, the composition of the medium.

Предложенный способ измерения компонентного состава и примесей в малополярном жидком диэлектрике основан на зависимости диэлектрических потерь от частоты под действием напряженности электрического поля для поляризации диэлектрика в частотном диапазоне с линейно изменяющейся частотой и последующим определением углов фазового сдвига измерительного датчика относительно эталонного конденсатора. Способ применим при частотах от 10 Гц до 1 мГц и заключается в следующем.The proposed method for measuring the component composition and impurities in a low-polar liquid dielectric is based on the dependence of dielectric loss on frequency under the influence of electric field strength to polarize the dielectric in the frequency range with a linearly varying frequency and then determine the phase shift angles of the measuring sensor relative to the reference capacitor. The method is applicable at frequencies from 10 Hz to 1 MHz and consists in the following.

Измерительный датчик выполнен в виде заполняемого исследуемой жидкостью, а именно диэлектриком, конденсатора и также снабжен эталонным конденсатором. После заполнения межэлектродного пространства измерительного датчика исследуемой жидкостью на его электроды подают переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют его спектральную характеристику. Для этого определяют электрическую емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты. Шаг изменения частот определяется в зависимости от частотного диапазона. Частоту в каждой измеряемой точке далее называем рабочей частотой. Для этого измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком. На основании измеренных частот определяют емкость датчика в исследуемой жидкости по формуле:The measuring sensor is made in the form of a capacitor filled with the test liquid, namely a dielectric, and is also equipped with a reference capacitor. After filling the interelectrode space of the measuring sensor with the studied liquid, alternating voltage of variable frequency in the range from 10 Hz to 1 MHz is applied to its electrodes and its spectral characteristic is measured. To do this, determine the electrical capacitance of the measuring sensor in the test fluid with a step change in frequency. The frequency step is determined depending on the frequency range. The frequency at each measured point is hereinafter called the operating frequency. To do this, measure the base frequency of the transmitter signal without connecting it to a measuring sensor and a reference capacitor, the reference frequency of the converter signal with a reference capacitor connected to it, and the frequency of the converter signal with a measuring sensor connected to it. Based on the measured frequencies, the sensor capacitance in the test fluid is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

Сx - емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости, Ф;With x - the capacity of the measuring sensor in the test fluid, f;

Fbas - частота сигнала емкостного преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, Гц;F bas - signal frequency of a capacitive transducer without connecting it to a measuring sensor and a reference capacitor, Hz;

Fetal - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором, Гц;F etal - frequency signal of a capacitive converter with a reference capacitor connected to it, Hz;

Fsens - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком, размещенным в исследуемой жидкости, Гц;F sens is the signal frequency of the capacitive transducer with a measuring sensor connected to it, located in the test fluid, Hz;

Cetal - емкость эталонного конденсатора, Ф.C etal is the capacitance of the reference capacitor, F.

Далее для каждой частотной точки происходит установка рабочей частоты и сопротивления опорных резисторов. Для этого рассчитывается комплексное значение сопротивления измерительного датчика (импеданс) по формуле:Next, for each frequency point, the working frequency and resistance of the reference resistors are set. For this, the complex value of the resistance of the measuring sensor (impedance) is calculated by the formula:

Figure 00000003
;
Figure 00000003
;

гдеWhere

Хс - комплексное значение сопротивления, Ом;X with the complex value of the resistance, Ohm;

F - рабочая частота в измеряемой точке, Гц;F is the operating frequency at the measured point, Hz;

Сx - емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости, Ф.C x - the capacity of the measuring sensor in the test fluid, F.

Каждый шаг измерения синхронно оцифровывают по трем каналам - каналу опорного сигнала, каналу эталонного сигнала и каналу измеряемого сигнала для каждой частотной точки. Для каждого канала рассчитывают средние значения полученных величин:Each measurement step is synchronously digitized in three channels - the channel of the reference signal, the channel of the reference signal and the channel of the measured signal for each frequency point. For each channel, the average values of the obtained values are calculated:

Figure 00000004
;
Figure 00000004
;

гдеWhere

SRcanal1 - среднее значение канала опорного сигнала, ед;SR canal1 - average value of the channel of the reference signal, units;

N - количество точек оцифровки, ед.N is the number of digitization points, units

Data1[i] - каждое из N оцифрованных значений канала опорного сигнала, ед.Data1 [i] - each of the N digitized values of the channel of the reference signal, units

Figure 00000005
;
Figure 00000005
;

гдеWhere

SRcanal2 - среднее значение канала эталонного сигнала, ед.SR canal2 - the average value of the channel of the reference signal, units

N - количество точек оцифровки, ед.N is the number of digitization points, units

Data2[i]- каждое из N оцифрованных значений канала эталонного сигнала, ед.Data2 [i] - each of N digitized values of the channel of the reference signal, units

Figure 00000006
;
Figure 00000006
;

гдеWhere

SRcanal3 - среднее значение канала измеряемого сигнала, ед.SR canal3 - the average value of the channel of the measured signal, units

N - количество точек оцифровки, ед.N is the number of digitization points, units

Data3[i] - каждое из N оцифрованных значений измерительного канала измеряемого сигнала, ед.Data3 [i] - each of N digitized values of the measuring channel of the measured signal, units

Полученные значения приводятся к двухполярному сигналу по формулам:The obtained values are reduced to a bipolar signal using the formulas:

Data1dp[i]=Data1[i]-SRcanal1 Data1dp [i] = Data1 [i] -SR canal1

гдеWhere

Data1dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу опорного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data1dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

Data1[i] - каждое из N оцифрованных значений канала опорного сигнала, ед.Data1 [i] - each of the N digitized values of the channel of the reference signal, units

SRcanal1 - среднее значение канала опорного сигнала, ед.SR canal1 - the average value of the channel of the reference signal, units

Data2dp[i]=Data2[i]-SRcanal2, Data2dp [i] = Data2 [i] -SR canal2,

гдеWhere

Data2dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу эталонного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data2dp [i] - the result of the conversion of the measured signal through the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

Data2[i] - каждое из N оцифрованных значений канала эталонного сигнала, ед.Data2 [i] - each of N digitized values of the channel of the reference signal, units

SRcanal2 - среднее значение канала эталонного сигнала, ед.SR canal2 - the average value of the channel of the reference signal, units

Data3dp[i]=Data3[i]-SRcanal3, Data3dp [i] = Data3 [i] -SR canal3,

гдеWhere

Data3dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу измеряемого сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data3dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the measured signal into a bipolar signal, units

Data3[i] - каждое из N оцифрованных значений канала измеряемого сигнала, ед.Data3 [i] - each of N digitized values of the channel of the measured signal, units

SRcanal3 - среднее значение канала измеряемого сигнала, ед.SR canal3 - the average value of the channel of the measured signal, units

На основании полученных вычислений рассчитывают среднеквадратичные значения:Based on the obtained calculations, the rms values are calculated:

Figure 00000007
;
Figure 00000007
;

гдеWhere

Val1 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала опорного сигнала, ед.Val1 - the rms value of the bipolar signals of the channel of the reference signal, units

Data1dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу опорного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data1dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

N - количество точек оцифровки на, ед.N is the number of digitization points on, units

Figure 00000008
;
Figure 00000008
;

гдеWhere

Val2 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала эталонного сигнала, ед.Val2 - the rms value of the bipolar channel signals of the reference signal, units

Data2dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу эталонного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data2dp [i] - the result of the conversion of the measured signal through the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

N - количество точек оцифровки, ед.N is the number of digitization points, units

Figure 00000009
;
Figure 00000009
;

гдеWhere

Val3 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала измеряемого сигнала, ед.Val3 - the rms value of the bipolar channel signals of the measured signal, units

Data3dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу измеряемого сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data3dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the measured signal into a bipolar signal, units

N - количество точек оцифровки, ед.N is the number of digitization points, units

Полученные двухполярные сигналы пересчитывают в шкалу от 0 до 1:Received bipolar signals are converted to a scale from 0 to 1:

Figure 00000010
;
Figure 00000010
;

гдеWhere

DataG[i] - значения по каналу опорного сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataG [i] - values on the channel of the reference signal, recounted in the range 0 ... 1, units

Data1dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу опорного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data1dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

Val1 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала опорного сигнала, ед.Val1 - the rms value of the bipolar signals of the channel of the reference signal, units

Figure 00000011
;
Figure 00000011
;

гдеWhere

DataE[i] - значения по каналу эталонного сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataE [i] - values on the channel of the reference signal, recounted in the range 0 ... 1, units

Data2dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу эталонного сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data2dp [i] - the result of the conversion of the measured signal through the channel of the reference signal into a bipolar signal, units

Val2 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов измеряемого канала эталонного сигнала, ед.Val2 - the rms value of the bipolar signals of the measured channel of the reference signal, units

Figure 00000012
;
Figure 00000012
;

гдеWhere

DataX[i] - значения по каналу измеряемого сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataX [i] - values on the channel of the measured signal, recounted in the range 0 ... 1, units

Data3dp[i] - результат преобразования измеренного сигнала по каналу измеряемого сигнала в двухполярный сигнал, ед.Data3dp [i] is the result of converting the measured signal along the channel of the measured signal into a bipolar signal, units

Val3 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала измеряемого сигнала, ед.Val3 - the rms value of the bipolar channel signals of the measured signal, units

Рассчитывают косинус угла сдвига фаз эталонного конденсатораThe cosine of the phase angle of the reference capacitor is calculated

Figure 00000013
;
Figure 00000013
;

гдеWhere

cosFil - косинус угла сдвига фаз эталонного конденсатора, ед.cosFil - cosine of the phase angle of the reference capacitor, units

DataG[i] - значения по каналу опорного сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataG [i] - values on the channel of the reference signal, recounted in the range 0 ... 1, units

DataE[i] - значения по каналу эталонного сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataE [i] - values on the channel of the reference signal, recounted in the range 0 ... 1, units

N - количество контрольных точек измерений на линейной шкале, ед.N is the number of measurement control points on a linear scale, units

Рассчитывают косинус угла сдвига фаз измерительного датчикаThe cosine of the phase angle of the measuring sensor is calculated

Figure 00000014
;
Figure 00000014
;

гдеWhere

cosFi2 - косинус угла сдвига фаз измерительного датчика, ед.cosFi2 - cosine of the phase angle of the measuring sensor, units

DataG[i] - значения по каналу опорного сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataG [i] - values on the channel of the reference signal, recounted in the range 0 ... 1, units

DataX[i] - значения по каналу измеряемого сигнала, пересчитанные в диапазон 0…1, ед.DataX [i] - values on the channel of the measured signal, recounted in the range 0 ... 1, units

N - количество контрольных точек измерений на линейной шкале, ед.N is the number of measurement control points on a linear scale, units

Рассчитывают косинус угла диэлектрических потерь для эталонного конденсатораThe cosine of the dielectric loss angle is calculated for the reference capacitor

Figure 00000015
;
Figure 00000015
;

гдеWhere

FIEcos - косинус угла диэлектрических потерь для эталонного конденсатора, ед.FIEcos - cosine of the dielectric loss angle for the reference capacitor, units

Val1 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала опорного сигнала, ед.Val1 - the rms value of the bipolar signals of the channel of the reference signal, units

Val2 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов измеряемого канала эталонного сигнала, ед.Val2 - the rms value of the bipolar signals of the measured channel of the reference signal, units

cosFi1 - косинус угла сдвига фаз эталонного конденсатора, ед.cosFi1 - cosine of the phase angle of the reference capacitor, units

Рассчитывают косинус угла диэлектрических потерь для измерительного датчика:The cosine of the dielectric loss angle is calculated for the measuring sensor:

Figure 00000016
;
Figure 00000016
;

где:Where:

FIScos - косинус угла диэлектрических потерь для измерительного датчика, ед.FIScos - cosine of dielectric loss angle for a measuring sensor, units

Val1 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала опорного сигнала, ед.Val1 - the rms value of the bipolar signals of the channel of the reference signal, units

Val3 - среднеквадратичное значение двухполярных сигналов канала измеряемого сигнала, ед.Val3 - the rms value of the bipolar channel signals of the measured signal, units

cosFi2 - косинус угла сдвига фаз измерительного датчика, ед.cosFi2 - cosine of the phase angle of the measuring sensor, units

Определяют углы диэлектрических потерь для эталонного конденсатораDielectric loss angles for a reference capacitor are determined

Figure 00000017
;
Figure 00000017
;

гдеWhere

FIE - угол диэлектрических потерь эталонного конденсатора, град.FIE - dielectric loss angle of the reference capacitor, deg.

FIEcos - косинус угла диэлектрических потерь для эталонного конденсатора, ед.FIEcos - cosine of the dielectric loss angle for the reference capacitor, units

Определяют углы диэлектрических потерь для измерительного датчикаThe dielectric loss angles for the measuring sensor are determined

Figure 00000018
;
Figure 00000018
;

гдеWhere

FIS - угол диэлектрических потерь измерительного датчика, град.FIS - dielectric loss angle of the measuring sensor, deg.

FIScos - косинус угла диэлектрических потерь для измерительного датчика, ед.FIScos - cosine of dielectric loss angle for a measuring sensor, units

Определяют фазовую погрешностьDetermine the phase error

DFI=FIE-FISDFI = FIE-FIS

гдеWhere

DFI - фазовая погрешность, град.DFI - phase error, deg.

FIE - угол диэлектрических потерь эталонного конденсатора, град.FIE - dielectric loss angle of the reference capacitor, deg.

FIS - угол диэлектрических потерь измерительного датчика, град.FIS - dielectric loss angle of the measuring sensor, deg.

По рассчитанным значениям DFI/рабочая частота строятся графики спектрограмм, значения которых характеризуют исследуемую жидкость по примесям, а по описываемым спектром площадям при сравнении полученного спектра исследуемой жидкости с образцовым спектром делают заключение о фактических параметрах компонентного состава исследуемой жидкости.Based on the calculated DFI / operating frequency values, spectrogram plots are constructed, the values of which characterize the studied liquid by impurities, and by comparing the areas obtained by the spectrum of the studied liquid with the sample spectrum, a conclusion is drawn on the actual parameters of the component composition of the studied liquid.

Сравнительный анализ по возможному применению предложенного способа с существующими способами особенно подчеркивает его универсальность в процессе проведения исследований молекулярных взаимодействий в жидких диэлектриках.A comparative analysis of the possible application of the proposed method with existing methods especially emphasizes its versatility in the process of conducting studies of molecular interactions in liquid dielectrics.

Claims (9)

1. Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях, включающий в себя введение исследуемой жидкости в измерительный датчик, снабженный эталонным конденсатором и выполненный в виде заполняемого конденсатора, подачу на электроды измерительного датчика переменного напряжения переменной частоты, отличающийся тем, что подают на электроды измерительного датчика переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют спектральную характеристику измерительного датчика посредством определения электрической емкости измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты, при этом для каждой частотной точки производят установку рабочей частоты и сопротивления опорных резисторов с учетом комплексного значения сопротивления измерительного датчика, каждый шаг измерения синхронно оцифровывают по трем каналам - каналу опорного сигнала, каналу эталонного сигнала и каналу измеряемого сигнала для каждой частотной точки, для каждого канала рассчитывают средние значения полученных величин, полученные значения приводят к двухполярному сигналу, рассчитывают среднеквадратичные значения и на основании полученных данных рассчитывают косинусы углов сдвига фаз и косинусы углов диэлектрических потерь для эталонного конденсатора и для измерительного датчика, определяют углы диэлектрических потерь и фазовую погрешность, соответствующую значениям разницы углов фазового сдвига между эталонным конденсатором и измерительным датчиком, по полученным значениям строят графики спектрограмм, характеризующие компонентный состав продукта.1. A method for measuring the composition and concentration of impurities in low-polar liquids, which includes introducing the test liquid into a measuring sensor equipped with a reference capacitor and made in the form of a capacitor to be filled, applying an alternating frequency AC voltage to the electrodes of the measuring sensor, characterized in that it is supplied to the measuring electrodes the sensor AC voltage of a variable frequency in the range from 10 Hz to 1 MHz and measure the spectral characteristic of the measuring sensor by determining the electric capacitance of the measuring sensor in the liquid under investigation with a step change in frequency, while for each frequency point the working frequency and resistance of the reference resistors are set taking into account the complex value of the resistance of the measuring sensor, each measurement step is synchronously digitized in three channels - the channel of the reference signal, the channel of the reference of the signal and the channel of the measured signal for each frequency point; for each channel, average values of the obtained values calculated This leads to a bipolar signal, the rms values are calculated, and based on the obtained data, the cosines of the phase shift angles and the cosines of the dielectric loss angles for the reference capacitor and for the measuring sensor are determined, the dielectric loss angles and the phase error corresponding to the values of the difference in the phase shift angles between the reference capacitor and using a measuring sensor, spectrogram plots characterizing the component composition of the product are constructed from the obtained values. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения электрической емкости измерительного датчика измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком, на основании измеренных частот определяют емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости по формуле:2. The method according to p. 1, characterized in that to determine the electrical capacitance of the measuring sensor measure the base frequency of the transmitter signal without connecting it to the measuring sensor and the reference capacitor, the reference frequency of the transmitter signal with a connected reference capacitor and the frequency of the transmitter signal connected to him measuring sensor, based on the measured frequencies determine the capacity of the measuring sensor in the test fluid according to the formula:
Figure 00000019
Figure 00000019
гдеWhere Cx - емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости, Ф;C x - the capacity of the measuring sensor in the test fluid, f; Fbas - частота сигнала емкостного преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, Гц;F bas - signal frequency of a capacitive transducer without connecting it to a measuring sensor and a reference capacitor, Hz; Fetal - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором, Гц;F etal - frequency signal of a capacitive converter with a reference capacitor connected to it, Hz; Fsens - частота сигнала емкостного преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком, размещенным в исследуемой жидкости, Гц;F sens is the signal frequency of the capacitive transducer with a measuring sensor connected to it, located in the test fluid, Hz; Cetal - емкость эталонного конденсатора, Ф.C etal is the capacitance of the reference capacitor, F.
RU2017122043A 2017-06-22 2017-06-22 Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids RU2646526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122043A RU2646526C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122043A RU2646526C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646526C1 true RU2646526C1 (en) 2018-03-05

Family

ID=61568676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017122043A RU2646526C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646526C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857794A1 (en) * 1978-01-06 1981-08-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of determination of addition composition and quantity in non-metallic media
SU1732247A1 (en) * 1989-04-18 1992-05-07 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Method of determining dielectric permittivity
RU2317538C1 (en) * 2006-10-11 2008-02-20 Александр Алексеевич Хазанов Method of determining properties of multi-component dielectric material
WO2010150009A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 The University Of Leeds Electrical tomography apparatus and method and current driver
RU2509315C2 (en) * 2012-05-11 2014-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный педагогический университет" ОмГПУ Method to measure complex dielectric permeability of liquid and loose substances

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857794A1 (en) * 1978-01-06 1981-08-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of determination of addition composition and quantity in non-metallic media
SU1732247A1 (en) * 1989-04-18 1992-05-07 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Method of determining dielectric permittivity
RU2317538C1 (en) * 2006-10-11 2008-02-20 Александр Алексеевич Хазанов Method of determining properties of multi-component dielectric material
WO2010150009A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 The University Of Leeds Electrical tomography apparatus and method and current driver
RU2509315C2 (en) * 2012-05-11 2014-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный педагогический университет" ОмГПУ Method to measure complex dielectric permeability of liquid and loose substances

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100582808C (en) Measurement method of ferroelectric materials electric hysteresis loop wire
CA2769798C (en) Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry
US5708363A (en) Liquid conductivity measurement system using a variable-frequency AC voltage
Maundy et al. Extracting the parameters of the single-dispersion Cole bioimpedance model using a magnitude-only method
WO2005050228A2 (en) Electrochemical impedance measurement system and method for use thereof
US20140305194A1 (en) System for measurement of fluid levels in multi-phase fluids
JP7186787B2 (en) Apparatus for monitoring fluids
CN107860894B (en) Method for predicting furfural content in transformer insulating oil based on frequency domain complex dielectric constant initial slope
US11137365B2 (en) Assembly and method for measuring electrical and dielectric properties of a material
CN106501616B (en) The multifrequency sine voltage drive waveform parameter optimization method of fast frequency-domain dielectric response test
RU2646526C1 (en) Method of measuring composition and concentration of impurities in low-polarity liquids
Rukavina Hand-held unit for liquid-type recognition, based on interdigital capacitor
CN113252881A (en) Oil water content analysis system and information fusion analysis method
CN105974278B (en) Oil clearance telegram in reply holds accelerated test method under low frequency mixed excitation based on Sine-Fitting
Merla et al. Portable system for practical permittivity measurements improved by homomorphic deconvolution
CN116359824A (en) Electric measurement correction method based on frequency domain
RU2620780C1 (en) Method for determining interface position between components of three-component medium in container
WO2017018893A1 (en) Method and device for determining the quality of motor-car fuel
Fischer Simplified instrument for wide-range dielectric constant measurement
CN210181126U (en) Cable test circuit and test equipment based on xiLin bridge
CN208537465U (en) A kind of bituminous concrete detecting device for moisture content
Kowalewski et al. Fast high-impedance spectroscopy method using sinc signal excitation
US20150293047A1 (en) Method and apparatus for determining water content of oil and water mixtures by measurement of specific admittance
Kalpinsh et al. Digital emulation of dielectric relaxation functions for capacitive sensors of non-destructive dielectric spectrometry
RU2354980C2 (en) Method of determining dielectric constant of dielectric product

Legal Events

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

Effective date: 20200623