RU2760641C1 - Fluid physical properties metre - Google Patents

Fluid physical properties metre Download PDF

Info

Publication number
RU2760641C1
RU2760641C1 RU2021109998A RU2021109998A RU2760641C1 RU 2760641 C1 RU2760641 C1 RU 2760641C1 RU 2021109998 A RU2021109998 A RU 2021109998A RU 2021109998 A RU2021109998 A RU 2021109998A RU 2760641 C1 RU2760641 C1 RU 2760641C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal cylinder
long line
coaxial
segment
sections
Prior art date
Application number
RU2021109998A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Совлуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2021109998A priority Critical patent/RU2760641C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760641C1 publication Critical patent/RU2760641C1/en

Links

Images

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
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision determination of various physical properties. The device for measuring the physical properties of a liquid contains a waveguide resonator in the form of a section of a coaxial long line with two, working and reference, sensitive elements in the form of sections of this section of a coaxial long line, filled, respectively, with a controlled liquid and a reference liquid. A segment of a coaxial long line is installed vertically and is made in the form of a combination of two sections, one of which is formed by a central metal rod and the inner surface of an inner metal cylinder coaxial with it, and the other - by the outer surface of the inner metal cylinder and an outer metal cylinder, and the outer metal cylinder is closed with both ends of the upper and lower metal planes, and the central metal rod is open at the upper end and short-circuited at its lower end with the lower metal plane, the inner metal cylinder is short-circuited at its upper end with the upper metal plane and has a length below that is less than the length of the central metal rod and the length of the outer metal cylinder, by the lower part of the waveguide resonator, a dielectric plate is placed horizontally at the lower end of the inner metal cylinder, hermetically separating the space above it between the central metal rod and the inner surface of the inner metal cylinder and the space above it between the outer surface of the inner metal cylinder and the outer metal cylinder, one of which is filled at least partially with the controlled liquid, and the other, to the same level, - a reference liquid, while in the first and second sections of the segment of the coaxial long line, the value а2 / а1, has the same value, where а1 and а2are the diameters, respectively, of the inner and outer conductors of each of the two sections of the segment of the coaxial long line.
EFFECT: improved measurement accuracy.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.).The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision determination of various physical properties (concentration, mixture of substances, moisture content, density, etc.) of liquids in containers (process tanks, measuring cells, etc.).

Известны различные устройства для определения физических свойств жидкостей, основанные на измерении электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости или (и) тангенса угла диэлектрических потерь) жидкостей с применением радиоволновых ВЧ и СВЧ резонаторов, содержащих контролируемую жидкость (монографии: Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз. 1963. Стр. 37-144; Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Наука. 1989. Стр. 168-177). Недостатком таких измерительных устройств является их ограниченная область применения, обусловленная невозможностью контроля малых изменений физических свойств жидкостей ввиду невысокой точности измерения соответствующих малых изменений информативных параметров (резонансной частоты, добротности резонатора и др.). Для обеспечения возможности проведения таких измерений применяют двухканальные измерительные схемы с эталонными каналами, в которых чувствительные элементы содержат жидкости с известными физическими свойствами (монография: Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М: Физматгиз. 1963. Стр. 258-268).Various devices are known for determining the physical properties of liquids, based on measuring the electrophysical parameters (dielectric constant and / or the tangent of the dielectric loss angle) of liquids using radio wave HF and microwave resonators containing a controlled liquid (monographs: Brandt A.A. frequencies.M .: Fizmatgiz. 1963. Pages 37-144; Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. ). The disadvantage of such measuring devices is their limited scope, due to the impossibility of monitoring small changes in the physical properties of liquids due to the low measurement accuracy of the corresponding small changes in informative parameters (resonant frequency, resonator Q-factor, etc.). To ensure the possibility of such measurements, two-channel measuring circuits with reference channels are used, in which the sensitive elements contain liquids with known physical properties (monograph: Brandt A.A. Investigation of dielectrics at ultrahigh frequencies. M: Fizmatgiz. 1963. Pp. 258-268) ...

Известно техническое решение (RU 2285913 С1, 20.10.2006), которое содержит два измерительных канала, рабочий и эталонный, с чувствительными элементами (измерительными ячейками) в виде отрезков коаксиальной линии. Они являются резонаторами с колебаниями основного типа ТЕМ и заполняются, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, линии связи этих чувствительных элементов с соответствующими электронными блоками, выходы которых подсоединены к входу функционального преобразователя. Информативным параметром каждого измерительных канала является основная резонансная частота электромагнитных колебаний соответствующего резонатора. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения. Это вызвано тем, что чувствительные элементы (коаксиальные резонаторы) измерительного и эталонного каналов содержат, соответственно, контролируемую и эталонную жидкость, находящиеся в разных внешних условиях, в частности при температуре, которая может быть различной в местах расположения этих чувствительных элементов - коаксиальных резонаторов. Это приводит к снижению точности измерения вследствие разных, зависящих от температуры, изменений электрофизических параметров этих жидкостей и, следовательно, значений информативного параметра - резонансной частоты электромагнитных колебаний. Особенно влияние такого отличия на точность измерения сказывается при определении малых значений содержания какой-либо жидкости в смеси жидкостей (растворе).Known technical solution (RU 2285913 C1, 20.10.2006), which contains two measuring channels, working and reference, with sensitive elements (measuring cells) in the form of coaxial line segments. They are resonators with oscillations of the main TEM type and are filled, respectively, with a controlled liquid and a reference liquid, the communication lines of these sensitive elements with the corresponding electronic units, the outputs of which are connected to the input of the functional transducer. The informative parameter of each measuring channel is the fundamental resonant frequency of the electromagnetic oscillations of the corresponding resonator. The disadvantage of this device is the low measurement accuracy. This is due to the fact that the sensitive elements (coaxial resonators) of the measuring and reference channels contain, respectively, the controlled and reference liquid, which are in different external conditions, in particular at a temperature that can be different in the locations of these sensitive elements - coaxial resonators. This leads to a decrease in the measurement accuracy due to different temperature-dependent changes in the electrophysical parameters of these liquids and, consequently, the values of the informative parameter - the resonance frequency of electromagnetic oscillations. Especially the influence of such a difference on the measurement accuracy affects the determination of small values of the content of any liquid in a mixture of liquids (solution).

Известно также техническое решение (RU 2424508 С1, 20.07.2011), которое содержит два измерительных канала, рабочий и эталонный, с чувствительными элементами (измерительными ячейками) в виде отрезков коаксиальной линии. Данное устройство характеризуется сложностью его реализации, обусловленной необходимостью применения двух независимых измерительных каналов. В каждом из них необходимо наличие чувствительного элемента, генератора электромагнитных колебаний и приемного устройства для определения величины информативного параметра. Кроме того, необходимо наличие блока для функциональной обработки выходных сигналов этих (измерительного и опорного) каналов. Необходимость в данных элементах двухканального измерительного устройства существенно усложняет его реализацию. Кроме того, это устройство характеризуется и невысокой точностью измерения вследствие возможных изменений схемных параметров, нестабильности указанных элементов измерительных схем (двух генераторов, приемных устройств). Это приводит к снижению точности измерения.Also known is a technical solution (RU 2424508 C1, 20.07.2011), which contains two measuring channels, working and reference, with sensitive elements (measuring cells) in the form of coaxial line segments. This device is characterized by the complexity of its implementation due to the need to use two independent measuring channels. Each of them requires a sensitive element, a generator of electromagnetic oscillations and a receiving device to determine the value of the informative parameter. In addition, it is necessary to have a block for functional processing of the output signals of these (measuring and reference) channels. The need for these elements of a two-channel measuring device significantly complicates its implementation. In addition, this device is also characterized by low measurement accuracy due to possible changes in circuit parameters, instability of the indicated elements of the measuring circuits (two generators, receiving devices). This leads to a decrease in the measurement accuracy.

Известно также техническое решение (RU 2473889 С1, 27.01.2013), которое содержит описание устройства, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству и принятого в качестве прототипа. Это устройство-прототип содержит один измерительный канал с двумя оконечными, рабочим и эталонным, чувствительными элементами (измерительными ячейками) в виде торцевых участков волноводного резонатора, в частности, отрезка коаксиальной длинной линии. Чувствительные элементы заполняются, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью.Also known is a technical solution (RU 2473889 C1, 01/27/2013), which contains a description of the device, in terms of the technical nature of the closest to the proposed device and adopted as a prototype. This prototype device contains one measuring channel with two terminal, working and reference, sensitive elements (measuring cells) in the form of end sections of a waveguide resonator, in particular, a segment of a coaxial long line. The sensing elements are filled with the liquid to be monitored and the reference liquid respectively.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения. Это вызвано тем, что измерительный и эталонный чувствительные элементы (торцевые участки отрезка коаксиальной длинной линии) содержат, соответственно, контролируемую и эталонную жидкость, находящиеся в разных внешних условиях, в частности при температуре, которая может быть различной в местах расположения этих чувствительных элементов - коаксиальных резонаторов. Это приводит к снижению точности измерения вследствие разных, зависящих от температуры, изменений электрофизических параметров этих жидкостей и, следовательно, значений информативного параметра - резонансной частоты электромагнитных колебаний. Особенно сильно влияние такого отличия на точность измерения сказывается при определении малых значений содержания какой-либо жидкости в смеси жидкостей (растворе).The disadvantage of this device is the low measurement accuracy. This is due to the fact that the measuring and reference sensitive elements (end portions of a segment of a coaxial long line) contain, respectively, a controlled and a reference liquid, which are in different external conditions, in particular at a temperature that can be different in the locations of these sensitive elements - coaxial resonators. This leads to a decrease in the measurement accuracy due to different temperature-dependent changes in the electrophysical parameters of these liquids and, consequently, the values of the informative parameter - the resonance frequency of electromagnetic oscillations. The effect of such a difference on the measurement accuracy is especially strong when determining small values of the content of any liquid in a mixture of liquids (solution).

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.The technical result of the present invention is to improve the measurement accuracy.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем волноводный резонатор в виде отрезка коаксиальной длинной линии с двумя, рабочим и эталонным, чувствительными элементами в виде участков этого отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, к отрезку коаксиальной длинной линии подсоединен электронный блок, к выходу которого подключен регистратор, отрезок коаксиальной длинной линии установлен вертикально, электронный блок подсоединен к его верхнему концу, а отрезок коаксиальной длинной линии выполнен в виде совокупности двух участков, один из которых образован центральным металлическим стержнем и внутренней поверхностью соосного с ним внутреннего металлического цилиндра, а другой - внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и внешним металлическим цилиндром, причем внешний металлический цилиндр закрыт с обоих торцов верхней и нижней металлическими плоскостями, а центральный металлический стержень разомкнут на верхнем конце и замкнут накоротко на его нижнем конце с нижней металлической плоскостью, внутренний металлический цилиндр замкнут накоротко на его верхнем конце с верхней металлической плоскостью и имеет снизу длину, меньшую длины центрального металлического стержня и длины внешнего металлического цилиндра, на нижней части волноводного резонатора, у нижнего конца внутреннего металлического цилиндра размещена горизонтально диэлектрическая пластина, герметично разделяющая пространство выше нее между центральным металлическим стержнем и внутренней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и пространство выше нее между внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и внешним металлическим цилиндром, одно из которых заполнено, по меньшей мере частично, контролируемой жидкостью, а другое, до того же уровня, - эталонной жидкостью, при этом в первом и втором участках отрезка коаксиальной длинной линии имеет одинаковое значение величина а21, где а1 и a2 - диаметры, соответственно, внутреннего и внешнего проводников каждого из двух участков отрезка коаксиальной длинной линии.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device for measuring the physical properties of a liquid, containing a waveguide resonator in the form of a section of a coaxial long line with two, working and reference, sensitive elements in the form of sections of this section of a coaxial long line, filled, respectively, with a controlled liquid and a reference liquid, an electronic unit is connected to a segment of a coaxial long line, to the output of which a recorder is connected, a segment of a coaxial long line is installed vertically, an electronic unit is connected to its upper end, and a segment of a coaxial long line is made in the form of a combination of two sections, one of which is formed by a central metal rod and the inner surface of the inner metal cylinder coaxial with it, and the other - the outer surface of the inner metal cylinder and the outer metal cylinder, and the outer metal cylinder is closed at both ends of the upper and lower meta llic planes, and the central metal bar is open at the upper end and short-circuited at its lower end with the lower metal plane, the inner metal cylinder is short-circuited at its upper end with the upper metal cylinder, on the lower part of the waveguide resonator, at the lower end of the inner metal cylinder, a horizontally dielectric plate is placed, hermetically separating the space above it between the central metal rod and the inner surface of the inner metal cylinder and the space above it between the outer surface of the inner metal cylinder and the outer metal cylinder, one of which is filled, at least partially, with a controlled liquid, and the other, to the same level, with a reference liquid, while in the first and second sections of a segment of a coaxial long line they e has the same value a 2 / a 1 , where a 1 and a 2 are the diameters, respectively, of the inner and outer conductors of each of the two sections of the coaxial long line segment.

Устройство поясняется чертежами.The device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства.FIG. 1 shows a functional diagram of the device.

На фиг. 2 приведена эквивалентная схема устройства.FIG. 2 shows the equivalent circuit of the device.

Устройство содержит участки отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2, центральный металлический стержень 3, внутренний металлический цилиндр 4, внешний металлический цилиндр 5, верхнюю металлическую плоскость 6, нижнюю металлическую плоскость 7, диэлектрическую пластину 8, электронный блок 9, регистратор 10.The device contains sections of a segment of a coaxial long line 1 and 2, a central metal rod 3, an inner metal cylinder 4, an outer metal cylinder 5, an upper metal plane 6, a lower metal plane 7, a dielectric plate 8, an electronic unit 9, a recorder 10.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

На фиг. 1 показан волноводный резонатор в виде отрезка коаксиальной длинной линии с двумя, рабочим и эталонным, чувствительными элементами в виде участков отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2. Один из его участков содержит внутри полости между проводниками отрезка коаксиальной длинной линии контролируемую диэлектрическую жидкость, физические свойства которой подлежат измерению, а другой - эталонную диэлектрическую жидкость, т.е. жидкость с номинальным значением измеряемого физического свойства контролируемой диэлектрической жидкости. Данный отрезок коаксиальной длинной линии установлен вертикально. Обе жидкости или полностью заполняют полость соответствующих участков отрезка коаксиальной длинной линии, или частично, до одинакового уровня в обоих участках. При этом не имеет принципиального значения, какая из данных жидкостей находится в том или другом чувствительном элементе.FIG. 1 shows a waveguide resonator in the form of a segment of a coaxial long line with two, working and reference, sensitive elements in the form of segments of a segment of a coaxial long line 1 and 2. One of its sections contains a controlled dielectric liquid inside the cavity between the conductors of a segment of a coaxial long line, the physical properties of which are subject to measurement, and the other is a reference dielectric fluid, i.e. liquid with the nominal value of the measured physical property of the inspected dielectric liquid. This piece of coaxial long line is set vertically. Both liquids either completely fill the cavity of the corresponding sections of the coaxial long line segment, or partially, to the same level in both sections. In this case, it does not matter in principle which of these liquids is in one or another sensitive element.

При отличии измеряемого физического свойства контролируемой диэлектрической жидкости от его эталонного значения в отрезке коаксиальной длинной линии, являющегося резонатором, происходит изменение картины распределения поля стоячей волны с соответствующим изменением значений указанных информативных параметров. Информативным параметром данного устройства (резонатора) может служить резонансная частота ƒ электромагнитных колебаний (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с.). При заполнении контролируемой жидкостью пространства между проводниками одного из участков отрезка коаксиальной длинной линии, в котором пространство между проводниками его другого участка заполнено эталонной жидкостью, изменяется величина измеряемого информативного параметра, в зависимости от электрофизических параметров контролируемой жидкости - ее диэлектрической проницаемости ε или (и) тангенса угла диэлектрических потерь tgδ (проводимости а), функционально связанных с измеряемым параметром (физическим свойством жидкости). Значения резонансной частоты ƒ находящейся обычно в пределах 1÷100 МГц, определяются размерами одинаковых участков отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 и электрофизическими параметрами контролируемой и эталонной жидкостей.When the measured physical property of the controlled dielectric liquid differs from its reference value in the segment of the coaxial long line, which is a resonator, the pattern of the standing wave field distribution changes with a corresponding change in the values of the indicated informative parameters. An informative parameter of this device (resonator) can be the resonant frequency ƒ of electromagnetic oscillations (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. High-frequency method for measuring non-electrical quantities. M .: Nauka. 1978. 280 s.). When the controlled liquid is filling the space between the conductors of one of the sections of a segment of a coaxial long line, in which the space between the conductors of its other section is filled with a reference liquid, the value of the measured informative parameter changes, depending on the electrophysical parameters of the controlled liquid - its dielectric constant ε or (and) the tangent the angle of dielectric losses tgδ (conductivity a), functionally related to the measured parameter (physical property of the liquid). The values of the resonant frequency ƒ, which is usually in the range of 1 ÷ 100 MHz, are determined by the dimensions of the same sections of the coaxial long line 1 and 2 and the electrophysical parameters of the monitored and reference liquids.

Один участок отрезка коаксиальной длинной линии 1 образован центральным металлическим стержнем 3 и внутренней поверхностью соосного с ним внутреннего металлического цилиндра 4. Другой участок отрезка коаксиальной длинной линии 2 образован внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра 4 и внешним металлическим цилиндром 5, причем внешний металлический цилиндр 5 закрыт на верхнем его торце верхней металлической плоскостью 6, а на нижнем торце - нижней металлической плоскостью 7. Центральный металлический стержень 3 разомкнут на верхнем конце и замкнут накоротко на его нижнем конце с нижней металлической плоскостью 7, внутренний металлический цилиндр 4 имеет снизу длину, меньшую длины центрального металлического стержня 3 и длины внешнего металлического цилиндра 5, на нижней части волноводного резонатора, у нижнего конца внутреннего металлического цилиндра 4 размещена горизонтально диэлектрическая пластина 8, герметично разделяющая пространство выше нее между центральным металлическим стержнем 3 и внутренней поверхностью внутреннего металлического цилиндра 4 и пространство выше нее между внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра 4 и внешним металлическим цилиндром 5. Одно из этих пространств между проводниками заполнено, по меньшей мере частично, контролируемой жидкостью, а другое, до того же уровня заполнения, - эталонной жидкостью.One section of a segment of a coaxial long line 1 is formed by a central metal rod 3 and an inner surface of a coaxial inner metal cylinder 4. Another section of a segment of a coaxial long line 2 is formed by an outer surface of an inner metal cylinder 4 and an outer metal cylinder 5, and the outer metal cylinder 5 its upper end with the upper metal plane 6, and at the lower end - with the lower metal plane 7. The central metal rod 3 is open at the upper end and short-circuited at its lower end with the lower metal plane 7, the inner metal cylinder 4 has a lower length that is less than the length of the central metal rod 3 and the length of the outer metal cylinder 5, on the lower part of the waveguide resonator, at the lower end of the inner metal cylinder 4 horizontally placed a dielectric plate 8, hermetically dividing the space above it between the central metal the inner surface of the inner metal cylinder 4 and the space above it between the outer surface of the inner metal cylinder 4 and the outer metal cylinder 5. One of these spaces between the conductors is filled, at least partially, with a controlled liquid, and the other, to the same level filling, - with a reference liquid.

Отрезок коаксиальной длинной линии может быть выполнен однородным, имеющим идентичные рассматриваемые участки, т.е. с одинаковым значением погонной (т.е. на единицу длины) электрической емкости С между проводниками каждого из участков полого отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2, т.е. в отсутствие какой-либо жидкости между его проводниками. Электрическая емкость С полого отрезка коаксиальной длинной линии выражается следующей формулой:

Figure 00000001
где а1 и а2 - диаметры внутреннего проводника и внешнего проводника отрезка коаксиальной длинной линии, εа =8,854⋅10-12 Ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (вакуума) между проводниками отрезка коаксиальной длинной линии. Из рассмотрения данной формулы следует, что, если в первом и втором участках отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 имеется одинаковое значение величина а21, где а1 и а2 - диаметры, соответственно, внутреннего и внешнего проводников каждого из двух участков отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2, то и значения их электрической емкости С является одинаковым.The section of the coaxial long line can be made uniform, having identical sections under consideration, i. E. with the same value of the linear (i.e. per unit length) electrical capacitance C between the conductors of each of the sections of the hollow segment of the coaxial long line 1 and 2, i.e. in the absence of any liquid between its conductors. The electrical capacitance C of a hollow segment of a coaxial long line is expressed by the following formula:
Figure 00000001
where a 1 and a 2 are the diameters of the inner conductor and the outer conductor of the segment of the coaxial long line, ε a = 8.854⋅10 -12 F / m is the absolute dielectric constant of the medium (vacuum) between the conductors of the segment of the coaxial long line. From the consideration of this formula, it follows that if in the first and second sections of the segment of the coaxial long line 1 and 2 there is the same value of the value a 2 / a 1 , where a 1 and a 2 are the diameters, respectively, of the inner and outer conductors of each of the two sections a segment of coaxial long lines 1 and 2, then the values of their electrical capacitance C are the same.

Рассматриваемый отрезок коаксиальной длинной линии является U-образным, состоящим из двух участков одинаковой длины; его общая длина равна сумме равных значений длины каждого из этих участков отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2. На фиг. 2 приведена эквивалентная схема данного устройства с этим отрезком коаксиальной длинной линии, где участки отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 расположены вдоль одной линии. Один из участков отрезка коаксиальной длинной линии заполнен полностью контролируемой диэлектрической жидкостью, физические свойства которой подлежат измерению, а другой - эталонной диэлектрической жидкостью. Между ними расположена диэлектрическая пластина с длиной, равной удвоенной толщине диэлектрической пластины 8.The segment of the coaxial long line under consideration is U-shaped, consisting of two sections of the same length; its total length is equal to the sum of equal values of the length of each of these sections of the segment of the coaxial long line 1 and 2. FIG. 2 shows an equivalent diagram of this device with this segment of a coaxial long line, where sections of a segment of a coaxial long line 1 and 2 are located along one line. One of the sections of the segment of the coaxial long line is filled with a fully controlled dielectric fluid, the physical properties of which are to be measured, and the other is filled with a reference dielectric fluid. A dielectric plate with a length equal to twice the thickness of the dielectric plate 8 is located between them.

К отрезку коаксиальной длинной линии подсоединен электронный блок 9 для возбуждения в данном отрезке коаксиальной длинной линии электромагнитных колебаний и измерения одного из его информативных параметров. Данный электронный блок 9, изображенный здесь схематично в виде одного блока, может представлять собой совокупность отдельных элементов и блоков для возбуждения в отрезке коаксиальной длинной линии электромагнитных колебаний, их съема и измерения информативного параметра (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. М.: Высшая школа. 1970. 440 с.). К выходу электронного блока 9 подключен регистратор 10, фиксирующий текущее значение измеряемого физического свойства контролируемой жидкости. В электронном блоке 9 производится измерение основной резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка коаксиальной длинной линии. Он, в частности, может быть включен в частотозадающую цепь автогенератора, которым в данном случае является электронный блок 9, и определяет частоту автогенератора. Значение этой частоты соответствует текущему значению измеряемого физического свойства контролируемой жидкости.An electronic unit 9 is connected to a segment of a coaxial long line to excite in this segment a coaxial long line of electromagnetic oscillations and measure one of its informative parameters. This electronic unit 9, shown here schematically in the form of a single unit, can be a combination of individual elements and units for exciting electromagnetic oscillations in a segment of a coaxial long line, picking them up and measuring an informative parameter (Lebedev I.V. Technique and microwave devices. T. 1. M .: Higher school. 1970.440 p.). A recorder 10 is connected to the output of the electronic unit 9, which records the current value of the measured physical property of the monitored liquid. The electronic unit 9 measures the main resonant frequency of the electromagnetic oscillations of a segment of a coaxial long line. It, in particular, can be included in the frequency setting circuit of the oscillator, which in this case is the electronic unit 9, and determines the frequency of the oscillator. The value of this frequency corresponds to the current value of the measured physical property of the controlled liquid.

Участки отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 могут быть идентичными, имея одинаковые значения погонной (т.е. на единицу длины линии) электрической емкости в отсутствие контролируемой и эталонной жидкостей. Такая идентичность обеспечивается одинаковой длиной участков отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 и выбором соотношения диаметров центрального металлического стержня 3, внутреннего металлического цилиндра 4, внешнего металлического цилиндра 5. Такой выбор может быть сделан, зная погонные значения электрической емкости участков отрезка коаксиальных линий 1 и 2.Portions of a segment of a coaxial long line 1 and 2 can be identical, having the same values of the linear (i.e. per unit length of the line) electrical capacitance in the absence of controlled and reference liquids. This identity is ensured by the same length of the sections of the coaxial long line 1 and 2 and the choice of the ratio of the diameters of the central metal rod 3, the inner metal cylinder 4, the outer metal cylinder 5. This choice can be made knowing the linear values of the electrical capacitance of the sections of the segment of coaxial lines 1 and 2 ...

Поскольку участки отрезка коаксиальной длинной линии 1 и 2 пространственно-совмещены, то они находятся в одинаковых внешних условиях, в частности, при одной и той же температуре. Следовательно, результат измерения в электронном блоке 9 не зависит от температуры, а только от величины измеряемого физического свойства контролируемой жидкости. При этом возможно с высокой точностью измерять его малые изменения (доли процента). По сравнению с устройством-прототипом, в рассмотренном выше устройстве имеется, во-первых, соосное расположение каждого из двух участков отрезка коаксиальной длинной линии и их образование совокупностью двух соосных металлических цилиндров и соосного с ними центрального металлического стержня 3; во-вторых, использование внутренней поверхности внутреннего металлического цилиндра 4 в качестве наружного проводника участка отрезка коаксиальной длинной линии 1, а его наружной поверхности - в качестве внутреннего проводника другого участка отрезка коаксиальной длинной линии 2.Since the sections of the segment of the coaxial long line 1 and 2 are spatially aligned, they are in the same external conditions, in particular, at the same temperature. Consequently, the measurement result in the electronic unit 9 does not depend on temperature, but only on the value of the measured physical property of the monitored liquid. In this case, it is possible to measure with high accuracy its small changes (fractions of a percent). Compared with the prototype device, in the above device there is, firstly, the coaxial arrangement of each of the two sections of a segment of a coaxial long line and their formation by a combination of two coaxial metal cylinders and a central metal rod 3 coaxial with them; secondly, the use of the inner surface of the inner metal cylinder 4 as the outer conductor of the section of the section of the coaxial long line 1, and its outer surface as the inner conductor of the other section of the section of the coaxial long line 2.

Таким образом, данное устройство обеспечивает возможность измерения физических свойств контролируемой диэлектрической жидкости при одинаковых внешних условиях (температуре, давлении и др.), в которых находятся контролируемая жидкость и эталонная жидкость. Следовательно, результат измерения не зависит от температуры, а только от измеряемого физического свойства контролируемой жидкости. Данное устройство позволяет с высокой точностью измерять физические свойства различных жидкостей. Его, в частности, целесообразно применять при наличии различных дестабилизирующих факторов, в частности, изменений температуры, имеющих разное значение в контролируемой области.Thus, this device provides the ability to measure the physical properties of a controlled dielectric liquid under the same external conditions (temperature, pressure, etc.), in which the controlled liquid and the reference liquid are located. Consequently, the measurement result does not depend on temperature, but only on the measured physical property of the liquid under test. This device allows you to accurately measure the physical properties of various liquids. In particular, it is advisable to use it in the presence of various destabilizing factors, in particular, temperature changes that have different meanings in the controlled area.

Claims (1)

Устройство для измерения физических свойств жидкости, содержащее волноводный резонатор в виде отрезка коаксиальной длинной линии с двумя, рабочим и эталонным, чувствительными элементами в виде участков этого отрезка коаксиальной длинной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, к отрезку коаксиальной длинной линии подсоединен электронный блок, к выходу которого подключен регистратор, отличающееся тем, что отрезок коаксиальной длинной линии установлен вертикально, электронный блок подсоединен к его верхнему концу, а отрезок коаксиальной длинной линии выполнен в виде совокупности двух участков, один из которых образован центральным металлическим стержнем и внутренней поверхностью соосного с ним внутреннего металлического цилиндра, а другой - внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и внешним металлическим цилиндром, причем внешний металлический цилиндр закрыт с обоих торцов верхней и нижней металлическими плоскостями, а центральный металлический стержень разомкнут на верхнем конце и замкнут накоротко на его нижнем конце с нижней металлической плоскостью, внутренний металлический цилиндр замкнут накоротко на его верхнем конце с верхней металлической плоскостью и имеет снизу длину, меньшую длины центрального металлического стержня и длины внешнего металлического цилиндра, на нижней части волноводного резонатора, у нижнего конца внутреннего металлического цилиндра размещена горизонтально диэлектрическая пластина, герметично разделяющая пространство выше нее между центральным металлическим стержнем и внутренней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и пространство выше нее между внешней поверхностью внутреннего металлического цилиндра и внешним металлическим цилиндром, одно из которых заполнено, по меньшей мере частично, контролируемой жидкостью, а другое, до того же уровня, - эталонной жидкостью, при этом в первом и втором участках отрезка коаксиальной длинной линии имеет одинаковое значение величина а2 / а1, где а1 и а2 - диаметры, соответственно, внутреннего и внешнего проводников каждого из двух участков отрезка коаксиальной длинной линии.A device for measuring the physical properties of a liquid, containing a waveguide resonator in the form of a section of a coaxial long line with two, working and reference, sensitive elements in the form of sections of this section of a coaxial long line, filled, respectively, with a controlled liquid and a reference liquid, is connected to a section of a coaxial long line an electronic unit, to the output of which a recorder is connected, characterized in that a segment of a coaxial long line is installed vertically, an electronic unit is connected to its upper end, and a segment of a coaxial long line is made in the form of a combination of two sections, one of which is formed by a central metal rod and an inner surface coaxial with it, the inner metal cylinder, and the other with the outer surface of the inner metal cylinder and the outer metal cylinder, and the outer metal cylinder is closed at both ends by the upper and lower metal planes, and the central th metal rod is open at the upper end and short-circuited at its lower end with the lower metal plane, the inner metal cylinder is short-circuited at its upper end with the upper metal plane and has a length at the bottom that is less than the length of the central metal rod and the length of the outer metal cylinder, at the lower part of the waveguide resonator, at the lower end of the inner metal cylinder is placed horizontally a dielectric plate, hermetically separating the space above it between the central metal rod and the inner surface of the inner metal cylinder and the space above it between the outer surface of the inner metal cylinder and the outer metal cylinder, one of which is filled, at least partially controlled by the liquid, and the other, to the same level, by the reference liquid, while in the first and second sections of the segment of the coaxial long line the value of a 2 has the same value / a 1 , where a 1 and a 2 are the diameters, respectively, of the inner and outer conductors of each of the two sections of the segment of the coaxial long line.
RU2021109998A 2021-04-12 2021-04-12 Fluid physical properties metre RU2760641C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109998A RU2760641C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Fluid physical properties metre

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109998A RU2760641C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Fluid physical properties metre

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760641C1 true RU2760641C1 (en) 2021-11-29

Family

ID=79174147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021109998A RU2760641C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Fluid physical properties metre

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760641C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2285913C1 (en) * 2005-02-28 2006-10-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет Device for measuring physical properties of liquid
RU2434229C1 (en) * 2010-06-29 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет технологий и управления" Apparatus for measuring physical properties of liquids
RU2473889C1 (en) * 2011-09-05 2013-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method of measuring physical quantity
RU2534747C1 (en) * 2013-12-13 2014-12-10 Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
CN104407232A (en) * 2014-11-26 2015-03-11 电子科技大学 System and method for testing microwave complex permittivity of dielectric material
RU2626409C1 (en) * 2016-09-22 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring physical properties of liquid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2285913C1 (en) * 2005-02-28 2006-10-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет Device for measuring physical properties of liquid
RU2434229C1 (en) * 2010-06-29 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет технологий и управления" Apparatus for measuring physical properties of liquids
RU2473889C1 (en) * 2011-09-05 2013-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Method of measuring physical quantity
RU2534747C1 (en) * 2013-12-13 2014-12-10 Федеральное государственное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
CN104407232A (en) * 2014-11-26 2015-03-11 电子科技大学 System and method for testing microwave complex permittivity of dielectric material
RU2626409C1 (en) * 2016-09-22 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measuring physical properties of liquid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Жиров Михаил Вениаминович, Совлуков Александр Сергеевич, Макаров Вадим Владимирович, Жирова Вера Владимировна, Кушнир Константин Павлович. Радиочастотные датчики для измерения физических свойств технологических жидкостей // Пищевая промышленность. 2018. N10. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fellner-Feldegg Measurement of dielectrics in the time domain
Baker-Jarvis et al. Shielded open-circuited sample holder for dielectric measurements of solids and liquids
US10309909B2 (en) Dielectric constant detection method and device using anomalous phase dispersion
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2473889C1 (en) Method of measuring physical quantity
Hamzah et al. High $ Q $ microwave microfluidic sensor using a central gap ring resonator
EP1510810A1 (en) A microwave fluid sensor and a method for using same
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
RU2285913C1 (en) Device for measuring physical properties of liquid
RU2534747C1 (en) Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
RU2760641C1 (en) Fluid physical properties metre
RU2424508C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2426099C1 (en) Device for determination of concentration of substances mixture
RU2706455C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2698575C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2434229C1 (en) Apparatus for measuring physical properties of liquids
RU2551671C1 (en) Device for measurement of physical properties of liquid
EP0040805B1 (en) Method of measuring the moisture content of a material
RU2752555C1 (en) Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU2536164C1 (en) Device to detect concentration of mixture of substances
RU2620780C1 (en) Method for determining interface position between components of three-component medium in container
RU2536184C1 (en) Concentration meter
RU2426076C1 (en) Liquid level meter
RU2786526C2 (en) Method for measurement of physical quantity
RU2767585C1 (en) Method of measuring physical properties of dielectric liquid