Устройство для определения влагосодержания товарной нефти в потоке Советский патент 1991 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к технике рэ- диоизмерений,а именно к измерению вла- госодержания 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 влагосо- держания 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 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 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 смесителя 21. К плечу Н смесителя 21 подключена согласованная нагрузка 20, а к плечу Е - 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 аттенюатор 19с плечом R смесителя 21 При этом первая пара приемопередающих антенн 8 и 7 подстыкована к отрезку 12 трубопровода через радиопрозрачныо окна 9. размещенные по одной прямой в стенке отрезка 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. При этом расстояние между антеннами 11 и 10 должно быть таким, чтобы выполнялось условие дальней зоны, в которой полностью бы

0 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

5 их ориентацией. Интенсивность излучения из антенны 11 на апертуре приемной янтен- ны 10 определяется интегралом от диаграммы направленности антенны 11 по телесному углу, под которым видна антенна

0 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

5 диаграммы направленности антенны 10 по телесному углу, под которым видна антенна 11 из точки расположения антенны 10. Исходя из условия минимального мешающего 1 взаимного влияния основной и дополни0 тельной пар антенн в процессе измерения необходимо обеспечить эффективную развязку между соответствующими антеннами за счет выбора расстояния между ними их взаимного расположения и конструкции ан5 тени, обеспечивающих желаемую диаграмму направленности.

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

0 Для обеспечения работоспособности устройства ряду проб нефти с заданным наперед влагосодержанием вводится в соответствие набор сигналов, формируемых измерителями 24 и 25. Нефть поступает в

5 трубопровод и выходит из него, проходя между антеннами обеих пар. СВЧ-энер1ия от источника 1 поступает на разветвитель 3 и делится по трем направлениям: каналы I, II и III. Вентили 4-6 педотвращают попа0 дание мощности отраженной волны на генератор. В каналах I и II СВЧ-энергия поступает на передающие антенны 8 и 11. В канале III СВЧ-энергия через измерители ослабления 24 и фазы 25 и аттенюатор 19

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

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

Калибровка прибора может производиться периодически или по мере необход1 мости. Перед проведением калибровки измерительная ячейка полностью заполняется обезвоженной (W-0%) нефтью

Электрические сигналы, пропорциональные величине ослабления и фазового сдвига, принимаемые за нулевые значения, 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 устройст ва

в блоке 27, формируется сигнал оценки влагосодержания. При этом оценка формируется в соответствии с выражением

w - Фа2

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

ai. .34 - весовые коэффициенты, определенные экспериментально посредством измерения АиФ для нефти с известными различными плотностью, влагосодержани- ем, составом при постоянном объеме пробы в измерительной ячейке

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

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 т- личающееся тем, 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 А, где Я - длина рабочей электромагнитной волны, в исследуемой среде диаметрально противоположно друг другу.

Изобретение относится к технике ра- диоиэмерений. 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