基于电磁谐振技术的微水测定新方法研究

2012-03-23 16:29:38来源: 互联网

基于电磁谐振技术的微水测定新方法研究

以电容作为敏感元件,利用电磁谐振技术研究一种新型石油产品水分测定方法,该方法可实现水分的在线测量,测量精度高(≤2×10-6),测量量程宽(5×10-6~1000×10-6),操作简单,不需任何试剂。
  关键词:电磁谐振;微水;电容

Study on New Measure Method of Mini?amount Water Based on Electromagnetism Oscillation Technique
TANG Dedong, WANG Liguang
(Logistic Engineer Institute, Chongqing 400016, China)
  Key words: electromagnetism oscillation; mini?amount water; ele ctric capacity
1测定原理及其实现
1.1测定原理
  在线微水测定方法以电容作为敏感元件,利用油的介电常数和水的介电常数不同,当水的含量变化时,油和水混和物的介电常数发生变化,则相应的电容发生变化,将电容接入电磁谐振工作电路,则可检测出电容的变化量,即求出水的含量。
  
  其中D,d:两个极柱的直径;ε:电介质的介电常数;L:电容的有效长度。
  对于一个确定的电容,设
  
  则(1)式可写成
  
  干物质吸水后的介电常数的变化用下式表示:
  ?
其中εm:湿物质的介电常数;ε1:水的介电常数;ε2:干物质的介电常数;S1:湿物质中水含量的体积填充系数;S2:湿物质中干物质含量的体积填充系数,显然S2=1-S1。
  根据(2)、(3)式得:
  
  因为K、ε1、ε2是常数,所以电容的变化与水含量的变化成正比,只要求出电容变化量就可以知道水含量S1。
1.2测试系统的硬件组成
  通过传感器把石油产品中的微量水含量变为电信号,经过信号调理和电路变换,送入单片机系统进行综合处理后,再通过D/A和F/I转换为4~20mA等标准直流电信号输出,该系统具有自校验、自诊断等智能功能,具有很好的现场实用性。
1.3实现
  变送器为全封闭铠装结构,具有很好的屏蔽性。将变送器安装在储油箱的顶部、底部或侧面,采用RS-485串行接口与上位机(二次仪表)连接实现在线测量。为了提高传感器的灵敏度,减少外界温度和电磁干扰,传输信号的电缆采用双层屏蔽同轴电缆,线缆的外屏蔽层接地。
2.1温度
  石油产品的介电常数随温度变化而变化,因此,含水量不变,而电容值本身要随温度变化而变化,以变压器油为例,如图3所示,输出频率(电容)随温度的降低而变大,从图可知,温度变化31.4℃,频率变化近700个字。为了补偿温度对测量结果的影响,在传感器的内极板上安装了Pt50温度传感器测量油中的温度,建立温度补偿数据库或温度补偿曲线来消除温度误差的影响。
2.2石油产品中的添加剂对测量结果的影响
  实验表明,不同类型的石油产品,由于其添加剂的种类和含量的不同,对测量结果影响很大,但同一类型的石油产品,对测量结果影响较小。因此,对不同类型的石油产品水分测定时,必须分别对传感器进行标定来消除添加剂对测量结果的影响。
2.3石油产品中是否含有气泡
  空气的介电常数与油和水的介电常数相差很大,如油中有气相成分(气泡)将对测量结果影响 很大,这种现象在循环油路中是常见的,如对飞机进行的加油系统,由于流速的不稳定,在产生紊流的同时有可能产生气泡。因此如用本方法进行在线测量水分时,必须进行消气处理,即在测量的上端安装消气器对油中的气泡进行排除。
  我们对3种不同的石油产品(变压器油、航空煤油、航空润滑油)进行了实验室模拟在线测量,变送器与二次显示仪表(上位机)的距离为1km,并把测量结果与国标法即卡尔·费休试剂法(仪器为WS-5 Model MiniAmount Water Detective Instrument)进行比对,具体结果见表1。

  该试验方法以电容作为敏感元件,利用电磁谐振技术实现微水测量,具有操作简单,测量精 度高(≤2×10-6)(常规方法测量精度≤3×10-6),测量量程宽(可以实现5×10 -6~1000×10-6),适应环境温度强(-30℃~80℃)等优点,可用于变压器油的微水在线测量和监控,实现“按质换油”;也可用于飞机加油管线在线监控航煤水分变化,实现有针对性的脱水处理,将节省大量的人力和物力,这样既保证了运行的安全,又提高了经济效益。

关键字:测定  研究

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0323/article_15409.html
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