Способ определения объемного влагосодержания обводненного нефтепродукта, заполняющего металлический сосуд

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом является повышение точности измерения. Способ основан на произведении отношения площади основания сосуда к показателю поглощения воды и натурального логарифма отношения амплитуд электрического поля входящей в сосуд электромагнитной волны и электромагнитной волны, выходящей из него. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен способ измерения влажности вещества, реализуемый гомодинной двухканальной системой (В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, М.: Энергоиздат, 1989, стр.165), согласно которому фазовый сдвиг между немодулированными и прошедшими через слой влажного материала модулированными электромагнитными колебаниями, являющийся функцией влажности, измеряют амплитудой сигнала с модулированной частотой.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры определения влажности, связанная с образованием двух каналов с модуляцией частоты.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ измерения влажности (В.А.Викторов и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978, стр.251). В устройстве, реализующем указанный способ, колебания СВЧ генератора через волновод поступают в передающую рупорную антенну, которая излучает волну в сторону слоя влажной среды. Электромагнитная энергия прошедшей через слой волны поступает на приемную антенну. После детектирования на детекторе сигнал через усилитель поступает на индикатор, где отражается информация о влажности в контролируемой среде.

Недостатком данного способа следует считать погрешность, обусловленную потерями электромагнитной энергии из-за отражения и переотражения электромагнитных волн при их распространении через слой влажной среды.

Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения объемного влагосодержания в металлическом сосуде.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения объемного влагосодержания в металлическом сосуде, основанном на использовании поглощающих свойств электромагнитных волн при их прохождении через обводненный нефтепродукт, содержащийся в металлическом сосуде, измеряют высоту слоя воды в металлическом сосуде амплитудой электрического поля прошедшей через обводненный нефтепродукт электромагнитной волны и объемное влагосодержание V_в в металлическом сосуде определяют по формуле

где S - площадь основания сосуда, α - показатель поглощения воды, Е_вх - амплитуда электрического поля входящей в сосуд электромагнитной волны, Е_вых - амплитуда электрического поля выходящей из сосуда электромагнитной волны.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при воздействии на обводненный нефтепродукт в металлическом сосуде электромагнитными волнами по произведению отношения площади основания сосуда к показателю поглощения воды и натурального логарифма отношения амплитуд электрического поля входящей в сосуд электромагнитной волны и электромагнитной волны, выходящей из него, получают информацию об объемном влагосодержании в сосуде.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных признаков позволяет решить поставленную задачу определения объемного влагосодержания в металлическом сосуде на основе использования ослабления амплитуды электрического поля прошедшей через слой воды электромагнитной волны с желаемым техническим результатом, т.е. высокой точностью измерения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит микроволновой генератор электромагнитных колебаний 1, передающий отрезок прямоугольного волновода с открытым концом 2, закрепленный снаружи на металлическом сосуде 3, приемный отрезок прямоугольного волновода с открытым концом 4, закрепленный снаружи на основании сосуда напротив приемного отрезка волновода, амплитудный детектор 5, подключенный к индикатору 6.

Суть предлагаемого способа заключается в определении объемного влагосодержания в металлическом сосуде путем умножения высоты слоя воды в металлическом сосуде, измеренной амплитудой прошедшего через обводненный нефтепродукт электромагнитного сигнала, на площадь основания металлического сосуда.

При зондировании обводненного нефтепродукта в металлическом сосуде электромагнитными колебаниями для амплитуды электрического поля прошедшей через обводненный нефтепродукт электромагнитной волны можно написать:

Е_вых=Е_вх е^-αl,

где Е_вых и Е_вх - амплитуды электрического поля выходящей из сосуда с контролируемой средой и входящей в сосуд электромагнитных волн;

α - показатель поглощения контролируемой среды в сосуде;

l - расстояние вдоль линии распространения волны.

Как известно, при стационарном состоянии смеси нефтепродукт-вода в сосуде из-за расслоения этих компонентов нефтепродукт занимает в сосуде верхнее положение, а вода - нижнее (площадь основания сосуда). В соответствие с этим, если учесть, что нефтепродукт по степени поглощения электромагнитных волн значительно уступает воде, то можно допускать распространение электромагнитной волны сверху донизу в сосуде (противоположное направление заполнения сосуда смесью) до границы раздела двух сред "нефтепродукт-вода" без потерь электромагнитной энергии. Следовательно, в указанной выше формуле показатель α будет характеризовать поглощающие свойства воды, а 1 - высоту слоя воды в сосуде. Тогда объемное содержание воды в сосуде в данном случае может быть определено как произведение высоты слоя воды в сосуде и его площади основания.

В рассматриваемом случае при подсчете величины объемного влагосодержания выбирается та площадь сосуда, которую занимает слой воды в сосуде по направлению электромагнитной волны, т.е. площадь основания сосуда.

Согласно вышеприведенной формуле высоту слоя воды 1 можно представить в следующем виде:

Если обозначить площадь основания сосуда S, то для объемного влагосодержания V_в в сосуде на уровне раздела двух сред "вода-нефтепродукт" можно написать:

Из последней формулы вытекает, что при известных значениях S, α и Е_вх измерение ослабления амплитуды Е_вых дает возможность определить объемное влагосодержание в металлическом сосуде.

В устройстве, реализующем данный способ, для определения объемного влагосодержания генерируемые микроволновые генератором колебания с помощью передающего отрезка прямоугольного волновода, закрепленного на металлическом сосуде, направляются на обводненный нефтепродукт. Прошедшие через нефтепродукт колебания, принимаемые приемным отрезком прямоугольного волновода, закрепленным на металлическом сосуде с противоположной стороны передающего отрезка волновода, поступают на вход амплитудного детектора. С выхода последнего продетектированный сигнал переносится в индикатор, где по величине ослабленного сигнала получают информацию о высоте слоя воды в сосуде и в целом об объемном влагосодержании.

В местах крепления передающего и принимающего отрезков волноводов следует предусмотреть прозрачные для микроволновых колебаний диэлектрические окна.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе определения высоты слоя воды амплитудой прошедшего через обводненный нефтепродукт электромагнитного сигнала можно обеспечить более высокую точность измерения объемного влагосодержания в металлическом сосуде.

Способ определения объемного влагосодержания обводненного нефтепродукта, заполняющего металлический сосуд, при котором зондируют обводненный нефтепродукт электромагнитными волнами, направленными нормально к поверхности обводненного нефтепродукта, и принимают прошедшие через контролируемый нефтепродукт электромагнитные волны, отличающийся тем, что измеряют высоту слоя воды в металлическом сосуде, соответствующую амплитуде электрического поля прошедшей через обводненный нефтепродукт электромагнитной волны, и объемное влагосодержание V_в нефтепродукта в металлическом сосуде определяют по формуле

где S - площадь основания металлического сосуда, α - показатель поглощения воды, Е_вх - амплитуда электрического поля входящей в металлический сосуд электромагнитной волны, Е_вых - амплитуда электрического поля выходящей из металлического сосуда электромагнитной волны.