СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОЙ И ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ Российский патент 2007 года по МПК G01N22/04 G01R27/26 

Описание патента на изобретение RU2301418C1

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

Известен кондуктометрический способ определения влажности (см. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безъэлектродная кондуктометрия - М.: Энергия, 1968. С.104.). Измерение объемной влажности данным способом ограничено участком от 2% до 30%. В диапазоне влажностей 0-2% измерение практически невозможно, так как величины сопротивлений материалов становятся больше входных сопротивлений измерительных устройств.

Известен резонаторный способ определения объемной концентрации влажности (см. Берлинер М.А. Измерение влажности - М.: Энергия 1973), принятый за прототип. Исследуемая жидкость помещается в кювету, находящуюся в полости цилиндрического объемного резонатора (ОР). Кювета выполняется в виде цилиндра или диска и устанавливается вдоль или перпендикулярно продольной оси объемного резонатора. Возбуждается электромагнитное поле (ЭМП) типа Н011. Выходной величиной первичного измерительного преобразователя (ПИП) служит вызванное введением исследуемого материала изменение добротности резонатора ΔQ=Q-Q0 (Q - нагруженная; Q0 - ненагруженная добротности ОР. Недостатком прототипа является невозможность определять процентное содержание влаги в виде осадка, так как величина электрического поля у торцевой стенки колебания типа H011 равна нулю.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность раздельного определения объемной концентрации растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения объемной концентрации растворенной и осажденной влаги, заключающемся в помещении исследуемой жидкости в кювету, которая находится в полости цилиндрического объемного резонатора, выполнении кюветы в виде диска, перпендикулярного продольной оси цилиндрического объемного резонатора, возбуждении электромагнитного поля типа Н011 и измерении изменения добротности цилиндрического объемного резонатора, которое вызвано введением исследуемого материала и по которой определяют объемную концентрацию растворенной влаги, дополнительно возбуждают электромагнитное поле типа Е010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010, которое вызвано введением исследуемого материала, и по известной объемной концентрации растворенной влаги и изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010 судят об объемной концентрации осажденной влаги, при этом кювету помещают у нижней торцевой стенки цилиндрического объемного резонатора, продольную ось кюветы совмещают с продольной осью цилиндрического объемного резонатора, продольную ось цилиндрического объемного резонатора устанавливают перпендикулярно горизонту.

На фиг.1 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая суть предлагаемого способа. На фиг.2 - пример выполнения устройства для определения растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах.

СВЧ-способ определения растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах заключается в следующем.

Исследуемая жидкость помещается в кювету, находящуюся в полости цилиндрического объемного резонатора (ЦОР). Кювету выполняют в виде диска, продольную ось которого совмещают с продольной осью ЦОР, кювету помещают у нижней торцевой стенки цилиндрического объемного резонатора, продольную ось ЦОР устанавливают перпендикулярно горизонту. Возбуждается колебание Н011. Если диаметр кюветы выполнить равным диаметру цилиндрического объемного резонатора, колебание Н011 возбуждают на частоте

где εЖ - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости; h - уровень заполнения жидкости; l - длина, а - радиус ЦОР; с - скорость света в вакууме.

Измеряется изменение добротности колебания Н011 ЦОР: ( - нагруженная; - ненагруженная добротности ОР с колебанием Н011. Так как электрические силовые линии этого колебания замкнуты и имеют только одну радиальную составляющую Еϕ, которая у торцевой стенки равна нулю (см. на Фиг.1 составляющую Еϕ), поэтому ΔQ1 будет зависеть от объемного процентного содержания растворенной влаги %Сраств не будет зависеть от влаги, находящейся в осадке на дне %Сосажд:

ΔQ1=f1(%Cраств),

где %Сраств - объемное процентное содержание растворенной влаги.

εж в процессе измерений можно считать постоянной, так как процентное содержание влаги мало и ее изменение не влияет на диэлектрическую проницаемость исследуемой смеси.

Далее возбуждается колебание Е010 на частоте

Электрические силовые линии этого колебания начинаются на одной и заканчиваются на другой торцевой стенке: Ez - аксиальная составляющая электрического поля колебания Е010, - деформация электрической силовой линии за счет граничных условий на границе раздела воздух-исследуемая жидкость. Измеряется изменение добротности колебания Е010 ЦОР: ( нагруженная; - ненагруженная добротности ОР с колебанием Е010). Так как электрическое поле колебания Е010 равномерно по длине резонатора, то ΔQ2 будет зависеть как от растворенной влаги, так и от влаги, находящейся в осадке:

ΔQ2=f2(%Cосажд, %Cраств).

Таким образом ΔQ1 является мерой объемного процентного содержания растворенной влаги %Сраств, а зная %Сраств, по ΔQ2 можно найти объемное процентное содержание влаги, находящейся в осадке. %Сосажд.

Для подтверждения предлагаемого способа был проведен эксперимент. В эксперименте использовался цилиндрический ОР с параметрами: радиус а=0.03 м, длина 1=0.07 м, материал - латунь, внутренняя поверхность никелирована. Добротность пустого ЦОР с колебанием , а добротность пустого ЦОР с колебанием . В ЦОР помещался авиационный керосин марки ТС1 без присадок с относительным уровнем h/1=0.2. Нагруженная добротность колебания Н011 на частоте 7.29 ГГц-≈730, нагруженная добротность колебания Е010 на частоте 4.50 Далее в керосин добавлялось 0.1% воды. При этом нагруженная добротность колебания Н011 (≈730) уменьшилась примерно на 10-15 единиц (1.3%), а нагруженная добротность колебания Е010 (≈495) - примерно на 310 единиц (62%). Этим самым подтверждается возможность определения растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах.

На фиг.2 показан пример выполнения устройства для определения растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах.

На фиг.2 показан ЦОР 1, продольная ось Z которого перпендикулярна горизонту. Пенопластовая вставка 2 служит для фиксации заданного уровня жидкости. Диэлектрическая проницаемость пенопласта ≈1, следовательно, наличие вставки не влияет на резонансные частоты колебаний (формулы (1) и (2)). Возбуждающая петля 3 и приемная петля 4 расположены под углом 45 градусов к горизонту и служат для возбуждения и приема энергии колебаний Н011 и Е010. Амплитудный детектор (АД) 5 служит для детектирования СВЧ гармонических колебаний, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 - для преобразования аналогового напряжения АД в цифру. Микропроцессор 7 управляет работой всего устройства, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8 преобразует цифровой двоичный код в аналоговое напряжение. Патрубок для ввода жидкости 9 и патрубок контроля заполнения ЦОР жидкостью заданного уровня 10 служат для ввода и вывода исследуемой жидкости в и из полости ЦОР. Перестраиваемый по частоте генератор СВЧ 11 и устройство ввода-вывода жидкости 12 управляются сигналами микропроцессора 7.

В начале цикла измерения по сигналу микропроцессора 7 частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 устанавливается равной частоте пустого ЦОР с колебанием Н011. Далее микропроцессор 7 вырабатывает управляющий сигнал, по которому частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 изменяется в пределах частоты пустого ЦОР с колебанием Н011, т.е. определяется полоса пропускания, а с ней и ненагруженная добротность ЦОР Далее по сигналу микропроцессора 7 частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 устанавливается равной частоте пустого ЦОР с колебанием Е010. Далее микропроцессор 7 вырабатывает управляющий сигнал, по которому частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 изменяется в пределах частоты пустого ЦОР с колебанием Е010, т.е. определяется полоса пропускания, а с ней и ненагруженная добротность ЦОР После измерения и микропроцессор 7 вырабатывает сигнал, по которому устройство ввода-вывода жидкости 12 исследуемую жидкость (жидкий углеводород, например, авиационный керосин) через патрубок для ввода жидкости 9 подает в полость ЦОР. После заполнения полости ЦОР под пенопластовой вставкой 2 по наличию жидкости в патрубке контроля заполнения ЦОР жидкостью заданного уровня 10 устройство ввода-вывода жидкости 12 прекращает впуск жидкости. Сигнал прекращения впуска жидкости устройства ввода-вывода жидкости 12 поступает на микропроцессор 7. Далее микропроцессор 7 вырабатывает сигнал, по которому частота перестраиваемого генератора СВЧ устанавливается равной частоте колебания Н011. (формула (1)). Далее микропроцессор 7 вырабатывает управляющий сигнал, по которому частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 изменяется в пределах частоты (1) ЦОР с колебанием Н011, т.е. определяется полоса пропускания, а с ней и нагруженная добротность ЦОР . После этого микропроцессор 7 вырабатывает сигнал, по которому частота перестраиваемого генератора СВЧ устанавливается равной частоте колебания Е010. (формула (2)). Далее микропроцессор 7 вырабатывает управляющий сигнал, по которому частота перестраиваемого по частоте генератора СВЧ 11 изменяется в пределах частоты (2) ЦОР с колебанием Е010, т.е. определяется полоса пропускания, а с ней и нагруженная добротность ЦОР . В микропроцессоре по изменению добротности колебания Н011 ЦОР: ΔQ1=- ( - нагруженная; - ненагруженная добротности ОР с колебанием Н011) вычисляется объемное процентное содержание растворенной влаги %Сраств. А по изменению добротности колебания Е010 ЦОР: ΔQ2=- ( - нагруженная; - ненагруженная добротности ОР с колебанием Е010) вычисляется объемное процентное содержание влаги, находящейся в осадке на дне %Сосажд. После окончания цикла измерения микропроцессор 7 вырабатывает сигнал, поступающий на устройство ввода-вывода жидкости 12, под действием которого исследуемый углеводород удаляется через патрубок для ввода жидкости 9 из нижней полости ЦОР 1.

Продольную ось ЦОР (ось Z) следует располагать перпендикулярно горизонту, в этом случае осажденная влага будет располагаться равномерно на нижней торцевой стенке ЦОР. Это необходимо, так как силовые электрические линии поля колебания Е010 неравномерны по радиусу резонатора и в случае, когда продольная ось не будет перпендикулярна горизонту, возможно, что осажденная влага скопится у боковой стенки, где электрическое поле колебания Е010 равно нулю.

Похожие патенты RU2301418C1

название год авторы номер документа
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2010
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Шаталов Александр Леонидович
RU2451929C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРИСАДОК В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ И ТОПЛИВАХ 2004
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2287806C2
СВЧ - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ И СТЕПЕНИ ЕЕ ЗАСОЛЕННОСТИ В ЖИДКИХ СРЕДАХ 2002
  • Суслин М.А.
RU2244293C2
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ВЗВЕШЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2006
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2306552C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Кардашев Генрих Арутюнович
RU2559840C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Волков Виталий Витальевич
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Думболов Джамиль Умарович
RU2571632C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ 2001
  • Дмитриев Д.А.
  • Чернышов В.Н.
  • Суслин М.А.
  • Топильский А.В.
RU2192646C1
СВЧ-РЕЗОНАТОРНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ДОЛИ ВЛАГИ В ЖИДКИХ СРЕДАХ 2007
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2334217C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Волков Виталий Витальевич
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2571631C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 2007
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2358261C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 301 418 C1

Реферат патента 2007 года СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОЙ И ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ

Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности, для экспресс контроля качества авиационных керосинов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность раздельного определения объемной концентрации растворенной и осажденной влаги в жидких углеводородах. Способ заключается в помещении исследуемой жидкости в кювету, которая находится в полости цилиндрического объемного резонатора. Кювету помещают у нижней торцевой стенки цилиндрического объемного резонатора, продольную ось кюветы совмещают с продольной осью цилиндрического объемного резонатора, продольную ось цилиндрического объемного резонатора устанавливают перпендикулярно горизонту. В резонаторе возбуждается электромагнитное поле типа Н011 и измеряется изменение добротности цилиндрического объемного резонатора, которое вызвано введением исследуемого материала и по которой определяют объемную концентрацию растворенной влаги. Дополнительно возбуждают электромагнитное поле типа Е010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010, которое вызвано введением исследуемого материала, и по известной объемной концентрации растворенной влаги и изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010 судят о объемной концентрации осажденной влаги. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 301 418 C1

Способ определения объемной концентрации растворенной и осажденной влаги, заключающийся в помещении исследуемой жидкости в кювету, которая находится в полости цилиндрического объемного резонатора, выполнении кюветы в виде диска перпендикулярного продольной оси цилиндрического объемного резонатора, возбуждении электромагнитного поля типа Н011 и измерении изменения добротности цилиндрического объемного резонатора, которое вызвано введением исследуемого материала и по которой определяют объемную концентрацию растворенной влаги, отличающийся тем, что дополнительно возбуждают электромагнитное поле типа Е010, измеряют изменение добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010, которое вызвано введением исследуемого материала, и по известной объемной концентрации растворенной влаги и изменению добротности цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е010 судят о объемной концентрации осажденной влаги, при этом кювету помещают у нижней торцевой стенки цилиндрического объемного резонатора, продольную ось кюветы совмещают с продольной осью цилиндрического объемного резонатора, продольную ось цилиндрического объемного резонатора устанавливают перпендикулярно горизонту.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2301418C1

БЕРЛИНЕР М.А
Измерение влажности
- М.: Энергия, 1973, с.141-143
СВЧ - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ И СТЕПЕНИ ЕЕ ЗАСОЛЕННОСТИ В ЖИДКИХ СРЕДАХ 2002
  • Суслин М.А.
RU2244293C2
Дезинтегратор замороженных микроорганизмов 1976
  • Фихте Борис Абрамович
  • Ратнер Евгений Наумович
  • Гуревич Григорий Аронович
  • Ушаков Вячеслав Митрофанович
SU564879A1
Аппарат для разделения твердых и жидких составных частей торфа или бурого угля 1927
  • А. Маннесман
SU11185A1

RU 2 301 418 C1

Авторы

Суслин Михаил Алексеевич

Даты

2007-06-20Публикация

2006-01-17Подача