Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах



Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах
Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах

 


Владельцы патента RU 2571631:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах. Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа H011, измерении изменения добротности, вызванного наличием осажденной влаги, дополнительно исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги, капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания. 7 ил.

 

Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов.

Известен кондуктометрический способ определения влажности (см. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. - М.: Энергия, 1968. С. 104), который в диапазоне объемных влажностей 0-2% обладает низкой чувствительностью, так как величины сопротивлений материалов становятся больше входных сопротивлений измерительных устройств.

Известен резонаторный способ определения влажности (см. Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Энергия, 1973). Исследуемая жидкость помещается в кювету, находящуюся в полости цилиндрического объемного резонатора (ЦОР). Кювета выполняется в виде цилиндра или диска и устанавливается вдоль или перпендикулярно продольной оси объемного резонатора. Возбуждается колебание электромагнитного поля (ЭМП) типа H011. Выходной величиной первичного измерительного преобразователя (ПИП) служит изменение добротности резонатора ΔQ=Q0-Q (Q - нагруженная, Q0 - ненагруженная добротности резонатора), вызванное введением исследуемого материала с неизвестной влажностью. Недостатком указанного способа является невысокая точность определения содержания влаги в виде осадка за счет дополнительного влияния растворимой влаги, содержащейся в исследуемом углеводороде, и которая зависит от температуры, давления и от типа углеводорода.

За прототип принят способ определения СВЧ-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах (Патент РФ №2451929, МКл6 G01N 22/04. СВЧ-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах/ Суслин М.А., Шаталов А.Л. (РФ) - №2010147251/09; заявл. 18.11.10., опубл. 27.05.12 г. Бюл №15). В данном способе исследуемый жидкий углеводород помещают в полость цилиндрического объемного резонатора (ЦОР) с продольной осью, перпендикулярной горизонту, возбуждают электромагнитное поле типа H011, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием H011, которое вызвано введением исследуемого материала, возбуждают далее электромагнитное поле типа E010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием E010, которое вызвано введением исследуемого материала, при этом цилиндрический объемный резонатор в начале полностью заполняют исследуемой жидкостью, после некоторого времени отстоя - порядка десяти секунд - сливают жидкость так, чтобы отстой влаги оставался на нижней торцевой стенке резонатора. По изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием E010 судят об объемной концентрации осажденной влаги в диапазоне до 0,4%, а по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием H011 - в диапазоне 0,4-2%.

Недостатком прототипа является недостаточная чувствительность определения осажденной влаги в виде капель.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа H011, измерении изменения добротности, вызванное наличием осажденной влаги, дополнительно исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания.

На фиг. 1 представлена измерительная схема резонатора с каплями на твердой поверхности, на фиг. 2 - интерфейс программы COMSOL Multiphysics с результатом моделирования (изометрия), на фиг. 3 - силовые линии электрического поля колебания Н011, возмущенного каплей воды, на фиг. 4 - структурная схема резонатора с тонким слоем влаги на твердой поверхности, на фиг. 5 - внешний вид экспериментальной установки для измерения нагруженной добротности, на фиг. 6 - результаты экспериментальных исследований для резонатора с каплями на твердой поверхности, на фиг. 7 - результаты экспериментальных исследований для резонатора с тонким слоем влаги на твердой поверхности.

Повышение чувствительности определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах достигается двумя путями.

1. Помещают осадок жидкого углеводорода с каплями влаги в пучность (в максимум) электрического поля колебания H011.

2. Прижимают капли воды диэлектриком, так чтобы они трансформировались в тонкий слой влаги.

На фиг. 1 представлена измерительная схема резонатора с каплями на твердой поверхности, помещенной в пучность (в максимум) электрического поля Eφ колебания H011. Осадок помещают на диэлектрическую пластину-основание, расположенную симметрично относительно середины длины ЦОР, диаметр равен диаметру резонатора, а ось пластины-основания совпадает с его осью. При этом, как и в прототипе, продольную ось ЦОР выбирают перпендикулярной горизонту.

Электрическое поле Eφ пространственного колебания H011 невозмущенного резонатора (см. Корбанский И.Н. Теория электромагнитного поля. - М.: ВВИА им. профессора Н.Е. Жуковского, 1964. - 356 с.) представляет собой замкнутые концентрические окружности, поле максимально по середине длины и радиуса, электрическое поле равно нулю на оси и у торцевых стенок. Модуль электрической составляющей

где l - высота резонатора.

Толщина диэлектрической пластины основания Δh должна быть на порядок меньше высоты резонатора l. Из (1) при амплитуда напряженности электрического поля на верхней торцевой стенке пластины составляет 99,7% от максимума, а при .

Поверхность пластины-основания параллельна силовым линиям электрического поля, поэтому электрическое поле согласно граничным условиям не должно деформироваться при переходе границы воздух-диэлектрик. Проведенный численный анализ электрического поля пространственного колебания H011 электромагнитного поля методом конечных элементов в системе COMSOL Multiphysics для резонатора возмущенного диэлектрической пластиной-основанием с толщиной, много меньшей высоты резонатора, подтверждает это: электрическое поле, как у пустого ЦОР, максимально по середине длины и радиуса и равно нулю на оси и у торцевых стенок, электрические силовые линии по-прежнему представляют собой замкнутые концентрические окружности, поле внутри диэлектрика по величине совпадает с полем пустого резонатора.

Трансформация капель воды в тонкий слой путем прижатия диэлектриком позволяет повысить чувствительность. Физической основой является влияние геометрии на поле в объеме этой капли.

Как известно (Кугушев A.M., Голубев Н.С. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергия. 1969. С. 372-376), в объеме диэлектрического шарика электрическое поле деформируется из-за граничных условий (Фиг. 3). Напряженность электрического поля внутри шарика E2 связана с невозмущенной напряженностью электрического поля вне шарика Eφ следующим выражением

где εж - относительная диэлектрическая проницаемость жидкого углеводорода (для авиационного керосина εк≈2.1); ε H 2 O - относительная диэлектрическая проницаемость воды ( ε H 2 O 81 ) . Таким образом, поле внутри шара значительно меньше первичного поля Еφ. Там же показано, что поле внутри эллипсоида вращения имеет вид

где nэ - коэффициент деполяризации, учитывающий форму эллипсоида. Для шара ; для эллипсоида вращения с отношением осей 100 nэ=0,0004.

Трансформация капель воды в тонкий слой эквивалентна увеличению отношения осей эллипсоида. С ростом этого отношения коэффициент деполяризации nэ уменьшается, поле внутри эллипсоида растет и приближается к значению поля вне Eφ эллипсоида.

С другой стороны, трансформация капель воды в тонкий слой приводит к тому, что межфазные границы исчезают и тонкий слой влаги становится частью поверхности диэлектрика. А как показывает электродинамический анализ (Фиг. 2), поле на поверхности диэлектрика практически не отличается от максимального значения в пустом резонаторе.

На фиг. 6 и 7 представлены результаты экспериментальных исследований нагруженной добротности для резонатора с каплями и с тонким слоем влаги на твердой поверхности соответственно. Дозировка влаги осуществлялась микрошприцем с точностью дозировки 0,01 мл. Доверительная вероятность измерений равна 0,9, число измерений (каждый раз влага заново дозировалась) - 10.

В экспериментальной установке определения нагруженной добротности применялся скалярный измеритель цепей Р2М-18. Измеритель обеспечивает визуализацию коэффициента передачи по мощности в диапазоне до 18 ГГц: точность измерения мощности составляет 0,001 дБ, а частоты - 0,001 МГц, обзор частоты в эксперименте устанавливался равным 1 МГц. В Р2М-18 обеспечивается автоматическое слежение за максимумом коэффициента передачи. Результаты измерений документируются. Внешний вид скалярного измерителя цепей Р2М-18 и измерительного ЦОР показаны на фиг. 5. Геометрия резонатора: диаметр - 152 мм, высота - 112 мм; возбуждающая и приемные петли выступают от плоскости боковой стенки примерно на 1,5-2,0 мм, при этом плоскости петель перпендикулярны оси резонатора Z, а одна из торцевых стенок выполнена подвижной без гальванического контакта с боковой стенкой. Отношение квадрата диаметра к квадрату длины резонатора в экспериментальном резонаторе равно 2,25. Такой выбор «короткого» резонатора устраняет перепутывание рабочего колебания H011 с другими пространственными модами. Диэлектрическая пластина выполнена из ФТ-5 толщиной 5 мм. Пластина устанавливалась посередине длины резонатора с помощью трех специальных держателей. Абсолютное значение резонансной частоты с диэлектрической пластиной f0=2758,834 МГц.

Нагруженная добротность определялась по формуле

,

где Δf - полоса пропускания, определяемая по уровню половинной мощности (минус 3 дБ от уровня, соответствующего максимуму резонансной кривой). Прижатие капель осуществлялось диэлектрической пластиной из кварцевого стекла толщиной 100 мкм. Толщину диэлектрической пластины необходимо выбирать на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания, так чтобы СВЧ-потери в этой диэлектрической пластине не влияли общие потери в резонаторе и, следовательно, на результат определения влагосодержания. Материал диэлектрической прижимной пластины и пластины-основания должен обладать малыми СВЧ-потерями (кварцевое стекло, полиэтилен, фторопласт).

Из результатов, полученных в ходе эксперимента, можно сделать вывод, что размещение осадка жидкого углеводорода с каплями влаги в пучность (в максимум) электрического поля колебания H011 повышает чувствительность к наличию осажденной влаги по сравнению с прототипом. Это объясняется тем, что в прототипе максимальная чувствительность наблюдается при возбуждении пространственного колебания E010, распределение энергии электрического поля которого равномерно по длине (не имеет экстремума по длине). При этом добротность колебания H011 пустого резонатора в 5÷10 раз выше колебания E010.

Трансформация капель воды в тонкий слой путем прижатия диэлектрической пластиной приводит к тому, что межфазные границы исчезают и тонкий слой влаги становится частью поверхности диэлектрика. Электрическое поле на поверхности диэлектрика практически не отличается от максимального значения в пустом резонаторе. Это дополнительно на порядок повышает чувствительность.

Способ определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающийся в помещении исследуемого жидкого углеводорода в полость цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту жидкости, удалении через время t≥10 с жидкого углеводорода из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа Н011, измерении изменения добротности, вызванное наличием осажденной влаги, отличающийся тем, что исследуемый жидкий углеводород через открытую верхнюю торцевую стенку помещают в полость резонатора над диэлектрической пластиной-основанием, расположенной симметрично относительно середины длины, с диаметром, равным диаметру резонатора, и толщиной, много меньшей его высоты, при этом ось пластины-основания совмещают с осью цилиндрического объемного резонатора, после удаления исследуемого жидкого углеводорода с оставлением влаги капли влаги прижимают диэлектрической пластиной, закрывают верхнюю торцевую стенку, диаметр прижимной диэлектрической пластины выбирают равным диаметру резонатора, а толщину - на порядок меньше толщины диэлектрической пластины-основания.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к способу определения влажности жидких углеводородов и может найти применение в нефтехимической промышленности, лабораторной практике для контроля качества горюче-смазочных материалов, в частности для экспресс-контроля качества авиационного керосина.

Изобретение относится к устройству измерения физических свойств жидкости в емкости. Повышение точности измерения является техническим результатом заявленного устройства, которое представляет собой первый рабочий чувствительный элемент в виде первого резонатора - отрезка коаксиальной линии, заполняемого контролируемой жидкостью, между полым внутренним и наружным проводниками которого размещена совокупность одного или более соосных с ними и вложенных один в другой металлических цилиндров, поочередно короткозамкнутых и разомкнутых на одном из их концов, и эталонный чувствительный элемент в виде второго резонатора, заполняемого эталонной жидкостью, являющегося полостью внутреннего проводника первого резонатора, при этом оба резонатора подключены через соответствующие элементы возбуждения и съема колебаний и линии связи этих резонаторов с соответствующими электронными блоками, выходы которых подсоединены к входу функционального преобразователя, подсоединенного выходом к индикатору.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности волокнистых материалов, и может быть использовано в текстильной и хлопчатобумажной промышленности.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества.

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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влагосодержания, а также других физических свойств (концентрации смеси, плотности) различных материалов и веществ, перемещаемых по ленточным конвейерам, транспортерам.

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации, при составлении земельного кадастра и т.п. .

Изобретение относится к способам определения влажности жидких углеводородов и топлив и может найти применение в экспресс-контроле влажности жидких органических сред, для чего берут контрольный образец жидкости с действительной и мнимой диэлектрическими проницаемостями, много большими, чем у исследуемого жидкого углеводорода, которые помещают в отдельные переплетенные между собой трубопроводы.

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности, для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и реализация возможности ее изменения при определении объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в полном заполнении исследуемой жидкостью цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту, удалении через время t≥10 сек жидкости из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа Н011, оценке по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора объемной концентрации осажденной влаги, дополнительно, на нижней-торцевой стенке устанавливают диэлектрик высотой h, с диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора, при удалении исследуемой жидкости влагу оставляют на поверхности диэлектрика, при этом варьируя отношение , возможно изменение диапазона измерений при сохранении высокой чувствительности к объемной концентрации осажденной влаги, где l - длина резонатора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Влагомер // 2572087
Влагомер относится к измерительной технике и может быть использован для контроля влажности материалов путем измерения комплексной диэлектрической проницаемости. Влагомер содержит перестраиваемый по частоте генератор гармонического сигнала, электронное устройство управления генератором, устройство измерения, первичный преобразователь, образованный внешним экранным и сигнальным проводниками, измерительную ячейку, включенную между выходом генератора и входом первичного преобразователя. Измерительная ячейка содержит резистор, первый вывод которого соединен с выходом генератора, а второй вывод соединен с входом первичного преобразователя, первый детектор, подключенный к первому выводу резистора, второй детектор, подключенный ко второму выводу резистора, выходы детекторов подключены к устройству измерения. Техническим результатом является повышение точности, обеспечение независимости измерений от плотности материала при малых влажностях. 2 з.п. ф-лы,1 ил.

Изобретение относится к области измерительной электротехники, а именно к влагомеру для контроля влажности жидких и сыпучих материалов путем измерения их диэлектрической проницаемости. Влагомер содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь высокочастотного сигнала, образованный металлическим основанием и металлическим прутком. В качестве металлического основания применен бункер, трубопровод или лоток. На первом конце прутка закреплен изолятор, пруток вторым концом соединен с основанием. На изоляторе закреплен металлический корпус, внутри которого установлена измерительная ячейка. В первом варианте влагомера на основании установлена металлическая бобышка, выполненная в виде стакана с отверстием в его дне. Корпус с измерительной ячейкой установлен внутри стакана и прижат крышкой-фиксатором к дну стакана. Во втором варианте влагомера на основании закреплены резьбовые шпильки, а корпус с измерительной ячейкой прижат к основанию пластиной с посадочными отверстиями под шпильки и закреплен гайками. Техническим результатом является повышение точности и стабильности измерений в промышленных условиях эксплуатации, обеспечение возможности демонтажа и установки зонда влагомера без изменения настроек. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и контроля насыпи железных дорог и автодорог. Влажность, загрязненность и толщину слоев насыпи определяют с помощью георадара. В составе насыпи железной или автодороги применяют один или несколько слоев отражательного геотекстиля. Отражательный геотекстиль включает электропроводящие элементы. Измеряют электромагнитные сигналы георадара, отраженные от электропроводящих элементов геотекстиля. Результаты численно обрабатывают на ЭВМ. Затухание отраженных электромагнитных сигналов определяют по амплитуде, а показатель преломления - по скорости сигналов. Влажность насыпи определяют по показателю преломления, а загрязненность - по показателю преломления и затуханию сигналов. Толщину и влажность слоев слоисто-неоднородной насыпи определяют по форме годографа отраженных сигналов. Способ является бесконтактным, неразрушающим, быстрым и эффективным. Технический результат заключается в увеличении эффективности и качества обследования насыпи, повышении безопасности на железных дорогах и автодорогах. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к СВЧ-способу определения содержания физической глины и гумуса в почвах, Способ включает измерение показателя преломления почвы с влажностью, превышающей максимальное содержание связанной воды, образцы которой выдерживают в герметическом контейнере в течение 1-2 суток при комнатной температуре, измеряют показатель преломления на частотах f1=0,35 ГГц и f2=1,75 ГГц, находят разность показателей преломления Δn=n(f1)-n(f2), на частотах f1 и f2 одновременно измеряют и показатель поглощения, находят разность показателей поглощения Δκ=κ(f1)-κ(f2) и определяют массовую долю физической глины С в почве из соотношения: и массовую долю гумуса в почве из соотношения: где С - содержание физической глины в почве (в массовых долях); Δn - разность показателей преломления; Δκ - разность показателей поглощения; Н - содержание гумуса в почве (в массовых долях). Повышение точности определения массовой доли физической глины и гумуса в почвах является техническим результатом изобретения. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя. Предложено пять вариантов выполнения первичного преобразователя. Вариант 1 - металлическое основание выполнено в виде прямоугольной рамки, вариант 2 - металлическое основание выполнено в виде полого цилиндра с продольными щелями. Первичные преобразователи указанных вариантов устанавливаются на стержень для контроля материалов в резервуаре. Для контроля проб устройство снабжено кассетой. Вариант 3 выполнен на основе кюветы с дополнительной пластиной-крышкой. В варианте 4 преобразователь выполнен в виде трубы для измерения материалов в потоке под давлением. В варианте 5 устройства внутренний проводник первичного преобразователя совмещен конструктивно с его корпусом, что позволяет встраивать первичный преобразователь в стенку трубы буровой колонны или в стенку камеры бетоносмесительного устройства. Повышение точности измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала непосредственно в резервуарах на разных уровнях, в трубопроводах под давлением, а также в условиях жестких механических воздействий является техническим результатом изобретения. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх