CC BY
65
В.П.Мироненко
Нижневартовск, Россия
V.P.Mironenko
Niznevartovsk, Russia
ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ОСНОВЕ ОТКРЫТОГО СВЧ-РЕЗОНАТОРА
MEASURING INSTRUMENT OF HUMIDITY OF LIQUID HYDROCARBONS ON THE BASIS OF THE OPEN MICROWAVE RESONATOR
Аннотация. Рассмотрены СВЧ-методы измерения влажности нефтепродуктов. Показаны возможности резонаторного метода измерения. Представлена возможная схема СВЧ-влагомера на основе резонатора.
Ключевые слова: влажность; диэлектрики; резонатор; СВЧ-методы измерения влажности._________________
Abstract. Microwave methods of measuring humidity of oil products are considered. Possibilities of a rezonatorny method of measurement are shown. The possible scheme of a microwave hydrometer on the basis of the resonator is presented.
Key words: humidity; dielectrics; resonator; microwave methods measurement of humidity.
Сведения об авторе: Мироненко Виктор Павлович, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и методики преподавания информатики. Место работы: Нижневартовский государственный гуманитарный университет.
About the author: Victor Pavlovich Mironenko, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Informatics and its Teaching Methodology.
Place of employment: Nizhnevartovsk State University of Humanities.
Контактная информация: 628611, г. Нижневартовск, ул. Дзержинского, д. 11; тел. (3466) 459044. E-mail: miron-vp@mail.ru
Использоваие СВЧ-методов для построения измерителей влажности нефтепродуктов обусловлено несколькими «благоприятными» факторами [4]: если жидкие углеводороды, являясь высокодобротными диэлектриками (е = 1,8—2,7; ё = (0,24—0,42)10—2), «радио-
прозрачны» для сигнала СВЧ-диапазона, то вода — активный поглотитель СВЧ-энергии (е = 49—80; ё = 0,15—1,2). Именно с этим связано распространённое в СВЧ-влагометрии построение влагомеров, основанное на измерении поглощений СВЧ-энергии исследуемой средой — методы свободного пространства с использованием проходящей либо отражённой волны [2]. Более информативным представляется резонаторный метод измерения, ко -гда в качестве чувствительного элемента первичного преобразователя влажности используют резонатор. СВЧ-резонатор, помещённый в линию передачи, представляет собой высокодобротный избирательный фильтр, характеризуемый резонансной частотой ^ и собственной добротностью Q0 = Гэ / 2 А £ При помещении в резонатор диэлектрика происходит изменение его характеристик — и резонансной частоты, и добротности. При этом резонансная частота ^ будет определяться эффективной диэлектрической проницаемостью резонатора еэфф (с учётом наличия диэлектрика), а добротность Qн — суммарными потерями
в резонаторе — ё. Далее остаётся получить зависимости: резонансной частоты ^ от эффективной диэлектрической проницаемости резонатор еэфф: ^ = Б(еэфф) и добротности резонатора Qн от влажности присутствующего диэлектрика: QI^ = ё) , чтобы сделать заключение о возможности измерения состава и влажности заполняющей резонатор диэлектрической среды. Возможная измерительная схема в этом случае может быть представлена линией передачи, нагруженной на согласованную нагрузку, в которую помещён СВЧ-резо-натор с исследуемым диэлектриком. В качестве источника СВЧ-сигнала выбран свип-генератор. В этом случае выделяемый резонатором сигнал после детектирования можно наблюдать на экране осциллографа в виде резонансной кривой. Причём амплитуда её будет соответствовать составу диэлектрика (отображая еэфф), а ширина резонансной кривой — 2 А f — характеризовать влажность заполняющего резонатор диэлектрика. Если в качестве исследуемой среды рассматривать жидкие углеводороды [1], возможно получить устройство для измерения влажности и состава нефтепродуктов. Однако использование в качестве чувствительного элемента преобразователя влажности металлического — «закрытого» —
резонатора создаёт определённые проблемы при измерении в нефтепроводе, так как часть потока, отводимая через резонатор, не будет адекватно отображать состав передаваемого потока (вода не растворяется в нефтепродуктах и не заполняет равномерно передаваемый поток). Дальнейшие исследования показали, что для измерения характеристик нефтепродуктов в потоке более приемлемым в качестве чувствительного элемента является «открытый» — диэлектрический — резонатор [1], характеризуемый наличием внешнего электрического поля. В этом случае резонатор может быть помещён непосредственно в исследуемый нефтяной поток. При этом, помещая несколько резонаторов (например, по периметру нефтепровода), удастся повысить достоверность полученных результатов. Реализация устройства связана с определёнными проблемами: для получения градуировочных кривых требуется однородная среда (суспензия нефть-вода), получение которой проблематично (требуется специальная смесительная установка), в то же время в передаваемом потоке появление компонентов (вода, нефть) в плоскости размещения резонаторов является величиной случайной. Поэтому обозначенные возможности для реализации измерительного устройства требуют дополнительных проработок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабко В.Г. Влагометрия жидких углеводородов // Материалы 7-й Всероссийской НТК «Состояние и проблемы измерений». М., 2000.
2. Берлинер М.А. Измерение влажности в диапазоне СВЧ. М., 1973.
3. Ильченко М.Е., Кудинов Е.Ф. Ферритовые и диэлектрические резонаторы СВЧ. Киев, 1973.
4. Мироненко В.П. Об особенностях измерения влажности нефтепродуктов СВЧ-методами // Вестник Нижневартовского государственного гуманитарного университета. 2011. № 3.
