Устройство для определения влагосодержания товарной нефти в потоке
Изобретение относится к технике радиоиэмерений. Цель изобретения - 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 распределения влаги как по сечению отрезка 12, так и вдоль отрезка 12 повышается точность измерений. 1 ил. Ё О (Я 00 2 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719332/09 (22} 14,07.89 (46) 23.06,91. Бюл. ЛЬ 23 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) В.И.Зеленцов и В.П.Шиян (53) 621.317.39:533.275 (088.8) (56) Патент США N 4423623, G 01 N 22/04, 1984, Авторское свидетельство СССР N. 321737, кл. G 01 N22/04,,1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ТОВАРНОЙ НЕФТИ В ПОТОКЕ 5U 1658048 А1 (57} Изобретение относится к технике радиоизмерений. Цель изобретения — 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 распределения влаги как по сечению отрезка 12, так и вдоль отрезка 12 повышается точность измерений. 1 ил. 1658048 Изобретение относится к технике радиоиэмерений, а именно к измерению влагосодержания товарной нефти по изменению характеристик электромагнитных волн СВЧ-диапазона, прошедших через поток нефти в трубопроводе. Цель изобретения — повышение точности измерений, На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Устройство для определения влагосодержания 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 радиопроэрачными 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 формирования оценки влагосодержания 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. Для второй пары приемопередающих антенн 10 и 11 радиопроэрачные 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! 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 смесителя 21. К плечу Н смесителя 21 подключена согласованная нагрузка 20, а к плечу Š— детектор 22, соединенный через усилитель 23 с механизмом 26 перестройки, связанным через переключатель 17 с измерителями ослабления 24 и фазы 25. Измерители ослабления 24 и фазы 25, включенные в опорный канал III, соединены через блок 27 формирования оценки влагосодержания с индикатором 28 и через аттенюатор19 с плечом R смесителя 21. При этом перввя пара приемопередающих антенн 8 и 7 подстыкована к отрезку 12 трубопровода через радиопроэрачныв окна 9, размещенные по одной прямой в стенке оТ5 55 резка 12 трубопровода, а вторая пара приемопередающих антенн 11 и 10 подстыкована к измерительной ячейке через радиопрозрачные окна, размещенные диаметрально противоположно в стенках отрезка 12 трубопровода. П ри этом расстояние между антеннами 11 и 10 должно быть таким, чтобы выполнялось условие дальней зоны, в которой полностью бы сформировалась диаграмма направленности антенны 11 и приемная антенна 10 находилась бы в волновой зоне, Аналогично и для антенны 8 и 7. Эти условия могут также достигаться выбором раскрыва антенны или их ориентацией. Интенсивность излучения из антенны 11 на апертуре приемной антенны 10 определяется интегралом от диаграммы направленности антенны 11 по телесному углу, под которым видна антенна 10 со стороны антенны 11, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между антеннами 11 и 10. Чувствительность антенны 11 к излучению в силу принципа взаимности определяется также интегралом диаграммы направленности антенны 10 по телесному углу, под которым видна антенна 11 из точки расположения антенны 10, Исходя из условия минимального мешающего взаимного влияния основной и дополнительной пар антенн в процессе измерения необходимо обеспечить эффективную развязку между соответствующими антеннами эа счет выбора расстояния между ними их взаимного расположения и конструкции антенн, обеспечивающих желаемую диаграмму направленности. Работа основана на измерении затухания и фазового сдвига СВЧ-колебаний, вызываемых наличием воды в потоке нефти. Для обеспечения работоспособности устройства ряду проб нефти с эаданньм наперед влагосоде ржанием вводится в соотвегствие набор сигналов, формируемых измерителями 24 и 25. Нефть поступает в трубопровод и выходит иэ него, проходя между антеннами обеих пар. СВЧ-энергия от источника 1 поступает на разветвитель 3 и делится по трем направлениям: каналы 1, ! 1 и III. Вентили 4 — 6 педотвращают попадание мощности отраженной волны на генератор. В каналах I u II СВЧ-энергия поступает на передающие антенны 8 и 11. В канале ill СВЧ-энергия через измерители ослабления 24 и фазы 25 и аттенюатор 19 поступает на смеситель 21. После прохождения через нефть с водой часть CBЧ-энергии поглощается водой. а часть через приемные антенны 7 и 10, вентили 14 и 15 и гереключатель 16 поочередно подается через аттенюатор 18 на ".ìåñèòåëü 21. Вентили 1658048 ai...à4 — весовые коэффициенты, определенные экспериментально посредством измерения А и Ф для нефти с известными различными плотностью, влагосодержанием, составом при постоянном объеме пробы в измерительной ячейке. За конечную оценку Wcp принимается среднее арифметическое оценок. полученных с использованием обеих пар антенн, Сигнал VVcp подается на индикатор 28, где и отображается в процентах влаги. Составитель Р. Кузнецова Редактор О. Юрковецкая Техред M.Моргентал Корректор Н. Король Заказ 1711 Тираж 388 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ух:город, ул.Гагарина. 101 14 и 15 предотвращают попадание энергии, отраженной от переключателя 16, в приемные антенны 7 и 10 и далее о отрезок 12 трубопровода. Переменные аттенюаторы 19 и 18 служат для выравнивания амплитуд сигналов, подаваемых на плечи смесител 21, СВЧ-сигналы, поступающие поочередно с приемных антенн 7 и 10 на смеситель 21, детектируются детектором 22, включенным в плечо E смесителя 21, Сигнал детектора 2". усиливается усилителем 23 и подается «рез механизм 26 перестройки и переключатель 17 на измерители 24 и 25 в виде управляющих сигналов U) (канал I) и Uz (канал II), Под действием этих сигналов измер тели 24 и 25 перестраиваются до достижения компенсации затухания и фазового сдвига, обусловленных наличием воды в нефти. Выходные сигналы с измерителей 24 и 25 поступают на блок 27 оценки влагосодержания, который формирует сигнал индикатора 28. Калибровка прибора может производиться периодически или по мере необход мости. Перед проведением калибровки измерительная ячейка полностью заполняется обезвоженной (W .— 07,) нефтью, Электрические сигналы. пропорциональные величине ослабления и фазового сдвига, принимаемые за нулевые зчачения, поступают на блок 27, преобразуются в цифровой код и в таком виде хранятся в устройстве памяти, входящем в состав блока 27, Затем ячейка освобождается от нефти с содержанием воды 0 и заполняется нефтью с известным содержанием воды, На основе данных измерения ослабления и фазы. полученных с использованием обеих пар антенн и с учетом опорных сигналов, полученных при калибровке устройства в блоке 27, формируется сигнал оценки влагосодержания, При этом оценка формируется в соответствии с выражением W Аа4 Фа2 Фтаi — sz ) — А (аз — а4 т где А и Ф вЂ” соответственно коэффициент ослабления и фазовый сдвиг электромагнитной волны, прошедшей через нефть, Формула изобретения Устройство для определения влагосодержания товарной нефти в потоке, содержащее отрезок трубопровода, на боковой поверхности которого вдоль образующей размещена первая пара приемопередающих антенн, соединенных соответственно с приемником и источником СВЧ-энергии, о тл и ч а ю щеес ятем, что, с целью повышения точности измерений, введена вторая пара приемопередающих антенн, подключенных соответственно к приемнику и источнику СВЧ-энергии, размещенных на боковой поверхности отрезка трубопровода, диаметр которого выбран из условия D > ) Л, где Л вЂ” длина рабочей электромагнитной волны, в исследуемой среде диаметрально противоположно друг другу. 
