способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации
Классы МПК: | G01N27/22 путем измерения электрической емкости G01N29/02 анализ жидкостей |
Автор(ы): | Фетисов В.С. |
Патентообладатель(и): | Уфимский государственный авиационный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-12-18 публикация патента:
20.04.1998 |
Способ определения влажности многокомпонентных жидкостей заключается в измерении диэлектрической проницаемости
, температуры t и скорости ультразвука в объеме жидкости Со и вдоль стенки волновода Св, заполненного жидкостью. Влагосодержание определяется по формуле: W=Ko+K1
+K2
Co+K3
Cв+K4t, где К0, К1, к2, К3, К4 - постоянные коэффициенты, определяемые при градуировке. Устройство для определения влажности содержит два коаксиальных трубчатых электрода 1, 2, между которыми находится анализируемая жидкость. Электроды на концах связаны диэлектрическими звукоизолирующими втулками 3. Устройство включает излучатель 4 и приемник 5 ультразвука в виде пьезокерамических колец с металлизацией из поверхности. Излучатель 4 включен в цепь положительной обратной связи ВЧ - генератора 6. Приемник 5 подключен к усилителю 7, соединенному с детектором 8 и формирователем 10. Каскад запуска 9 соединен с детектором 8 и управляющим входом ВЧ - генератора 6. Цифровое вычислительное устройство 13 подключено к формирователю 10, датчику "температура - частота" 12 и преобразователю 11 "емкость - частота", электрически связанному с трубчатыми электродами 1, 2. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
Формула изобретения
1. Способ определения влажности многокомпонентных жидкостей, заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости и температуры, отличающийся тем, что дополнительно измеряют скорость распространения ультразвука в объеме жидкости и скорость распространения ультразвука вдоль стенки волновода, а затем определяют значение влагосодержания по эмпирической формулеW = k0+k1
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
где k0 - k4 - постоянные коэффициенты, определяемые при градуировке;
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
Со и Св - измеренные значения скорости ультразвука в объеме жидкости и вдоль стенки волновода соответственно;
t - измеренное значение температуры жидкости. 2. Устройство для определения влажности многокомпонентных жидкостей, содержащее сосуд с исследуемой жидкостью, излучатель и приемник ультразвука (УЗ), усилитель, детектор и каскад запуска, отличающееся тем, что в него дополнительно введены высокочастотный (ВЧ) генератор, датчик температура - частота, формирователь, преобразователь емкость - частота и цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), причем излучатель УЗ включен в цепь положительной обратной связи ВЧ-генератора, приемник УЗ соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входами детектора и формирователя, выход формирователя подключен к первому входу ЦВУ, выход детектора соединен с входом каскада запуска, выход которого подключен к управляющему входу ВЧ-генератора, датчик температура - частота подключен к второму входу ЦВУ, сосуд для исследуемой жидкости выполнен в виде двух трубчатых электродов, расположенных коаксиально один в другом и связанных на концах диэлектрическими звукоизолирующими втулками, каждый из трубчатых электродов электрически связан с входными выводами преобразователя емкость - частота, выход которого соединен с третьим входом ЦВУ, излучатель и приемник УЗ выполнен в виде пьезокерамических колец с металлизацией на цилиндрических поверхностях, жестко закрепленных на внешнем трубчатом электроде в местах, не совпадающих с местами установки диэлектрических втулок, и разнесенных друг от друга на расстоянии, значительно превышающее ширину пьезокерамических колец.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах технологического контроля влажности различных многокомпонентных жидкостей (МКЖ), например, нефти на объектах нефтедобычи или молока в пищевой промышленности. Широко известей диэлькометрический способ определения влажности МКЖ, который основан на измерении ее диэлектрической проницаемости (емкости). Но емкость, кроме влагосодержания, зависит еще от ряда параметров, которые необходимо учитывать [1, с. 19]. Такими мешающими параметрами являются, прежде всего, плотность, содержание свободного газа (которое сильно влияет на сжимаемость МКЖ), температура [2, с. 105]. Измеряя эти параметры, можно вводить в результат измерения влагосодержания соответствующие корректирующие воздействия /3, с. 78/. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения влажности [4] , заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости, температуры и затухания ультразвука (которое является функцией от плотности и сжимаемости МКЖ) и последующем вычислении влажности по эмпирической формуле. Недостатком способа является неполная компенсация влияния указанных мешающих параметров по причине того, что практически достижимая точность измерения затухания ультразвука (УЗ) весьма ограничена. Измерения затухания УЗ - это, прежде всего, изменения амплитуды акустического сигнала. А любое амплитудное измерение подвержено влиянию большого количества факторов (влияние давления, влажности, температуры, электромагнитных наводок на сигнал датчика, нестабильность акустического контакта и т.д.), снижающих точность измерений. Кроме того, свою погрешность будут вносить и цепи аналого-цифровых преобразований, необходимые для стыковки первичных преобразовательных цепей с блоками дальнейшей вычислительной обработки. Теорией и практикой электрических измерений доказано, что более точными, помехозащитными и рациональными (в смысле согласования с цифровой частью) являются методы преобразования, где выходным параметром является не амплитуда сигнала, а частота или длительность импульсов. Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности измерений влагосодержания МКЖ за счет исключения из эмпирической формулы величин, для определения которых обязательны амплитудные преобразования, и введения в формулу для вычисления влагосодержания величин, выражаемых через частотно-временные параметры. Цель достигнута тем, что в известном способе, включающем в себя измерения диэлектрической проницаемости и температуры, дополнительно измеряют скорость распространения УЗ в объеме жидкости и скорость распространения УЗ вдоль стенки волновода, а затем определяют значение влагосодержания по эмпирической формуле:W = k0+k1
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
где
K0...K4 - постоянные коэффициенты, определяемые при градуировке:
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
cо и cВ - измеренные значения скорости УЗ в объеме жидкости и вдоль стенки волновода соответственно;
t - измеренное значение температуры МКЖ. Коэффициенты K0. . . K4 определяют, исходя из экспериментальных данных следующим образом. Производят серию замеров
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109095/961.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109095/961.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109012/183.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109277/2109277-2t.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109095/961.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109001/945.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109007/946.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109008/947.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109095/961.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109130/964.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109130/964.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109033/8776.gif)
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109125/949.gif)
1) в качестве измеряемых параметров, по значениям которых корректируется сигнал основного (емкостного) преобразователя, выбраны cо и cВ - параметры, которые могут быть измерены с гораздо большей точностью и достоверностью, чем
![способ определения влажности многокомпонентных жидкостей и устройство для его реализации, патент № 2109277](/images/patents/362/2109095/955.gif)
2) способ отличается от прототипа большей помехозащищенностью измерений, т. к. все участвующие в расчетах влажности величины выражаются посредством частотных или временных параметров, передача которых на расстояние и влияние помех мало сказываются на результате;
3) способ может быть реализован с меньшими аппаратурными затратами, так как предлагает использование более рациональных и экономичных видов преобразований сигналов. Устройство для реализации способа выгодно отличается от других аналогичных компактностью многофункционального комбинированного датчика, полученной благодаря конструктивному и функциональному совмещению элементов акустического и емкостного измерительных преобразователей; как следствие - отсутствие необходимости размещения и обслуживания нескольких отдельных датчиков. Датчик устройства может применяться как в качестве заливаемого элемента для отельных проб жидкостей, так и в качестве участка трубопровода с непрерывно транспортируемой жидкостью. Источники информации:
1. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов /Е.С.Кричевский, В.К.Бензарь, М.В.Бенедиктов и др. - М.: Энергия, 1980. 2 Зайцев Л. А. , Панарин В.В. Системы сбора и обработки информации для резервуарных парков. - М.: Недра, 1984. 3. Беляков В.Л. Автоматический контроль параметров нефтяных эмульсий. - М.: Недра. 1992. 4. Авторское свидетельство 1681221 (СССР), кл. G 01 N 27/22. Способ измерения влажности жидких сред Беляков В.Л. и др., опубл. в БИ N 36, 1991. 5. Адлер Ю. П. , Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. 6. Кивилис С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980.
Класс G01N27/22 путем измерения электрической емкости
Класс G01N29/02 анализ жидкостей