SU1658048A1 - Устройство дл определени влагосодержани товарной нефти в потоке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике ра- диоиэмерений. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Устройство содержит источник 1 СВЧ-энергии. приемник 13, первую пару приемопередающих антенн 7 и 8, размещенную вдоль образующей отрезка 12 трубопровода, и вторую пару приемопередающих антенн 10 и 11. размещенных диаметрально противоположно на стенке отрезка 12. За счет учета распределени  влаги как по сечению отрезка 12, так и вдоль отрезка 12 повышаетс  точность измерений. 1 ил. Ё О (Я 00 2 00

Description

Изобретение относитс  к технике рэ- диоизмерений,а именно к измерению вла- госодержани  товарной нефти по изменению характеристик электромагнитных волн СВЧ-диапазона, прошедших через поток нефти в трубопроводе.

Цель изобретени  - повышение точности измерений,

На чертеже представлена структурна  электрическа  схема устройства.

Устройство дл  определени  влагосо- держани  товарной нефти в потоке содержит источник 1 СВЧ-энергии, включающий генератор 2, разветвитель 3, вентили 4-6, первую пару приемопередающих антенн 7 и 8, закрытых радиопрозрачными окнами 9, вторую пару приемопередающих антенн 10 и 11, отрезок 12 трубопровода, приемник 13, включающий вентили 14 и 15, переключатели 16 и 17, переменные аттенюаторы 18 и 19, поглощающую нагрузку 20, смеситель 21, детектор 22, усилитель 23, измеритель 24 ослаблений, измеритель 25 фазы, механизм 26 перестройки, блок 27 формировани  оценки влагосодержани  и индикатор 28.

К генератору 1 через разветвитель 3 и вентили 4 и 5 подключены передающие антенны 8 и 11, которые совместно с отрезком 12 трубопровода и приемными антеннами 7 и 10 образуют два измерительных канала. На боковой поверхности отрезка 12 трубопровода вдоль образующей размещены радиопрозрачные окна 9 с первой парой приемопередающих антенн 7 и 8. Дл  второй пары приемопередающих антенн 10 и 11 радиопрозрачные окна расположены на боковой поверхности отрезка 12 трубопровода диаметрально противоположно друг другу.

Через вентиль 6 и генератор 2 подключен опорный канал III. Приемные антенны 7 и 10, размещенные в каналах I и II, подключены к приемнику 13, причем антенны 7 и 10 через вентили 14 и 15, волноводный переключатель 16 и аттенюатор 18 подключены к плечу N смесител  21. К плечу Н смесител  21 подключена согласованна  нагрузка 20, а к плечу Е - детектор 22, соединенный через усилитель 23 с механизмом 26 перестройки , св занным через переключатель 17 с измерител ми ослаблени  24 и фазы 25. Измерители ослаблени  24 и фазы 25, включенные в опорный канал III . соединены через блок 27 формировани  оценки влагосодержани  с индикатором 28 и через аттенюатор 19с плечом R смесител  21 При этом перва  пара приемопередающих антенн 8 и 7 подстыкована к отрезку 12 трубопровода через радиопрозрачныо окна 9. размещенные по одной пр мой в стенке отрезка 12 трубопровода, а втора  пара приемопередающих антенн 11 и 10 подстыкована к измерительной  чейке через радиопрозрачные окна, размещенные диаметрально противоположно в стенках отрезка 12 трубопровода. При этом рассто ние между антеннами 11 и 10 должно быть таким, чтобы выполн лось условие дальней зоны, в которой полностью бы

0 сформировалась диаграмма направленности антенны 11 и приемна  антенна 10 находилась бы в волновой зоне. Аналогично и дл  антенны 8 и 7. Эти услови  могут также достигатьс  выбором раскрыва антенны или

5 их ориентацией. Интенсивность излучени  из антенны 11 на апертуре приемной  нтен- ны 10 определ етс  интегралом от диаграммы направленности антенны 11 по телесному углу, под которым видна антенна

0 10 со стороны антенны 11, и обратно пропорциональна квадрату рассто ни  между антеннами 11 и 10. Чувствительность антенны 11 к излучению в силу принципа взаимности определ етс  также интегралом

5 диаграммы направленности антенны 10 по телесному углу, под которым видна антенна 11 из точки расположени  антенны 10. Исход  из услови  минимального мешающего 1 взаимного вли ни  основной и дополни0 тельной пар антенн в процессе измерени  необходимо обеспечить эффективную разв зку между соответствующими антеннами за счет выбора рассто ни  между ними их взаимного расположени  и конструкции ан5 тени, обеспечивающих желаемую диаграмму направленности.

Работа основана на измерении затухани  и фазового сдвига СВЧ-колебаний, вызываемых наличием воды в потоке нефти

0 Дл  обеспечени  работоспособности устройства р ду проб нефти с заданным наперед влагосодержанием вводитс  в соответствие набор сигналов, формируемых измерител ми 24 и 25. Нефть поступает в

5 трубопровод и выходит из него, проход  между антеннами обеих пар. СВЧ-энер1и  от источника 1 поступает на разветвитель 3 и делитс  по трем направлени м: каналы I, II и III. Вентили 4-6 педотвращают попа0 дание мощности отраженной волны на генератор . В каналах I и II СВЧ-энерги  поступает на передающие антенны 8 и 11. В канале III СВЧ-энерги  через измерители ослаблени  24 и фазы 25 и аттенюатор 19

5 поступает на смеситель 21. После прохождени  через нефть с водой часть СВЧ-энергии поглощаетс  водой, а часть через приемные антенны 7 и 10, вентили 14 и 15 и переключатель 16 поочередно подаетс  через аттенюатор 18 ча смеситель 21. Вентили

14 и 15 предотвращают попадание энергии, отраженной от переключател  16, в приемные антенны 7 и 10 и дале о отрезок 12 трубопровода. Переменные аттенюаторы 19 и 18 служат дл  выравнивани  амплитуд сигналов, подаваемых на плечи смесители 21, СВЧ-сигналы, поступающие поочередно с приемных антенн 7 и 10 на смеситель 21, детектируютс  детектором 22, включенным в плечо Е смесител  21. Сигнал дотектора 2 усиливаетс  усилителем 23 и подаетс  чн- рез механизм 26 перестройки и переключатель 17 на измерители 24 и 25 в виде управл ющих сшналоп Ui (канал I) и U2 (канап II). Под действием этих cm налов из- мер/чели 24 и 25 перестраиваютс  до до стижени  компенсации затухани  vt фазового сдвига, обусловленных наличием воды в нефти. Выходные сиг налы г. измерителей 24 и 25 поступают на блок 27 оценки влагосодержани , который формирует сигнал индикатора 28

Калибровка прибора может производитьс  периодически или по мере необход1 мости. Перед проведением калибровки измерительна   чейка полностью заполн етс  обезвоженной (W-0%) нефтью

Электрические сигналы, пропорциональные величине ослаблени  и фазового сдвига, принимаемые за нулевые значени , поступают на блок 27, преобразуютс  в цифровой код и в таком виде хран тс  в устройстве пам ти, вход щем в состав блока 27. Затем  чейка освобождаетс  от нефти с содержанием воды 0% и заполн етс  нефтью с известным содержанием воды

На основе данных измерени  ослаблени  и фазы, полученных с использованием обеих пар антенн и с учетом опорных сигналов , полученных при калибровке устройст ва

в блоке 27, формируетс  сигнал оценки влагосодержани . При этом оценка формируетс  в соответствии с выражением

w - Фа2

Ф (ai - 32 ) - А ( аз - 34 ) где Аи Ф - соответственно коэффициент ослаблени  и фазовый сдвиг электромагнит- ной волны, прошедшей через нефть,

ai. .34 - весовые коэффициенты, определенные экспериментально посредством измерени  АиФ дл  нефти с известными различными плотностью, влагосодержани- ем, составом при посто нном объеме пробы в измерительной  чейке

За конечную оценку WCp принимаетс  среднее арифметическое оценок, полученных с использованием обеих пар антенн. Сигнал WCp подаетс  на индикатор 28, где и отображаетс  в процентах влаги

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  определени  влагосодержани  товарной нефти в потоке, содержащее отрезок трубопровода, на боковой поверхности которого вдоль образующей размещена перва  пара приемопередающих антенн, соединенных соответственно с приемником и источником СВЧ-энергии, о т- личающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений,введена втора  пара приемопередающих антенн, подключенных соответственно к приемнику и источнику СВЧ-энергии, размещенных на боковой поверхности отрезка трубопровода , диаметр которого выбран из услови  D А, где Я - длина рабочей электромагнитной волны, в исследуемой среде диаметрально противоположно друг другу.