×
20.03.2019
219.016.e777

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ ИЛИ ГАЗОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использованы для высокоточного определения различных физических свойств (плотности, концентрации, смеси веществ, влагосодержания и др.) веществ (жидкостей, газов), находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.) и перемещаемых по трубопроводам. Способ определения физических свойств жидкостей или газов включает возбуждение электромагнитных волн фиксированной частоты в отрезке длинной линии с оконечным нагрузочным сопротивлением в виде чувствительного элемента с образованием стоячей электромагнитной волны и размещение контролируемого вещества в электромагнитном поле нагрузочного сопротивления. Согласно изобретению в предложенном способе предварительно устанавливают минимум напряженности поля стоячей волны в фиксированном сечении отрезка длинной линии при некотором номинальном значении определяемого физического свойства контролируемого вещества, в процессе измерения изменяют частоту возбуждаемых электромагнитных волн до достижения напряженностью поля стоячей волны ее минимума в указанном фиксированном сечении отрезка длинной линии и о физических свойствах вещества судят по величине этой частоты. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (плотности, концентрации, смеси веществ, влагосодержания и др.) веществ (жидкостей, газов), находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.) и перемещаемых по трубопроводам. В частности, оно может быть применено в винодельческой промышленности для измерения концентрации водо-спиртовых растворов, виноматериалов и вин, содержания сахара в них и др.

Известны различные способы определения физических свойств веществ, основанные на измерении их электрофизических параметров с применением радиочастотных датчиков, содержащих контролируемое вещество (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1989. 280 с.).

Известно также техническое решение (SU 867923, 30.09.1981), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принято в качестве прототипа. Это техническое решение реализуется согласно способу, который заключается в возбуждении электромагнитных волн в волноводе, в частности в отрезке длинной линии, оконечной нагрузкой которого является чувствительный элемент, контактирующий с контролируемым веществом. Измеряя напряженность поля стоячей волны в каком-либо сечении вдоль отрезка длинной линии, судят о величине физического свойства вещества. Недостатком этого способа является невысокая точность измерения, обусловленная проведением амплитудных измерений.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат в предлагаемом способе определения физических свойств жидкостей или газов, включающий возбуждение электромагнитных волн фиксированной частоты в отрезке длинной линии с оконечным нагрузочным сопротивлением в виде чувствительного элемента с образованием стоячей электромагнитной волны и размещение контролируемого вещества в электромагнитном поле нагрузочного сопротивления, достигается тем, что при этом предварительно устанавливают минимум напряженности поля стоячей волны в фиксированном сечении отрезка длинной линии при некотором номинальном значении определяемого физического свойства контролируемого вещества, в процессе измерения изменяют частоту возбуждаемых электромагнитных волн до достижения напряженностью поля стоячей волны ее минимума в указанном фиксированном сечении отрезка длинной линии и о физических свойствах вещества судят по величине этой частоты.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, изображающим схему устройства для его реализации. Здесь введены обозначения: 1 - генератор, 2 - отрезок длинной линии, 3 - чувствительный элемент, 4 - детектор, 5 - блок перестройки частоты генератора, 6 - индикатор.

Способ реализуется следующим образом.

При возбуждении с помощью генератора 1 фиксированной частоты электромагнитных волн в отрезке длинной линии 2, к концу которого подсоединено нагрузочное сопротивление - чувствительный элемент 3, в отрезке длинной линии имеет место интерференция возбуждаемых и отраженных от чувствительного элемента волн. Она характеризуется режимом стоячих (точнее, смешанных) смешанных волн. Напряженность поля стоячей электромагнитной волны в какой-либо точке вдоль отрезка длинной линии является функцией нагрузочного сопротивления отрезка длинной линии, т.е. величины измеряемого параметра (физического свойства вещества). При отклонении этой величины от ее некоторого номинального значения, соответствующего определенному значению измеряемого параметра, напряженность поля стоячей волны в указанной точке также изменяется. Проведение частотных измерений позволяет получать полезную информацию независимо от нестабильности напряженности поля возбуждаемой электромагнитной волны.

Напряженности E1(z) и Е2(z) полей волн в каком-либо сечении с координатой z вдоль отрезка длинной линии, распространяющихся в противоположном направлении (первая волна - от генератора, вторая волна - от нагрузочного сопротивления) есть

где Е1 и Е2 - амплитуды величин E1(z) и E2(z); ƒ0 - частота возбуждаемых электромагнитных волн; φ - разность фаз встречных волн, зависящая от величины нагрузочного сопротивления и, следовательно, от величины измеряемого параметра x.

Напряженность поля стоячей электромагнитной волны в сечении с координатой z вдоль отрезка длинной линии при этом есть

Из формулы (3) следует, что напряженность поля стоячей волны в сечении с координатой z зависит как от разности фаз φ, так и от амплитуд Е1 и Е2. Эта разность фаз может быть определена независимо от Е1 и E2 по изменению положения какого-либо выбранного значения амплитуды Е, в частности по смещению положения одного из минимумов поля стоячей волны. Указанные минимумы расположены, как следует из (3), в сечениях с координатами zn (n=0, 1, 2,…) вдоль отрезка длинной линии:

Если вследствие изменения величины измеряемого параметра x имеет место фазовый сдвиг Δφ(x) относительно значения разности фаз φ=φ0, соответствующего некоторому номинальному значению х0 измеряемого параметра x, то каждый минимум поля стоячей волны перемещается вдоль отрезка длинной линии, как следует из (4), на расстояние

Отсюда видно, что величина Δz(x) не зависит от Е1, E2 и n, а является функцией только Δφ(x) и ƒ0. Величина Δφ зависит, в свою очередь, от реактивной (емкостной, индуктивной) составляющей нагрузочного сопротивления, функционально связанного с измеряемым параметром x.

Для определения величины измеряемого параметра x осуществляют, согласно предлагаемому способу, изменение частоты ƒ0 возбуждаемой электромагнитной волны на такую величину Δƒ до значения ƒ=ƒ0+Δƒ. При фиксированной частоте ƒ генератора восстанавливается положение минимума поля стоячей волны в сечении отрезка длинной линии с координатой zk, k=0, 1, 2,…, в котором подсоединен детектор.

Как видно из рассмотрения формулы (5), требуемое изменение частоты Δƒ возбуждаемой электромагнитной волны можно найти из соотношения

Отсюда находим

Следовательно, изменение частоты ƒ0 возбуждаемой волны на величину Δƒ приводит к восстановлению минимума напряженности поля стоячей волны в указанном сечении с координатой zk вдоль отрезка длинной линии. Частота Δƒ является мерой отклонения величины измеряемого параметра от его номинального значения x0, и значит, частота ƒ=ƒ0+Δƒ служит мерой величины самого измеряемого параметра х.

В реализующем предлагаемый способ устройстве от генератора 1 фиксированной частоты электромагнитные колебания поступают в отрезок длинной линии 2. К его противоположному концу подсоединен чувствительный элемент 3. Его эквивалентная электрическая схема может содержать, в зависимости от электрофизических параметров контролируемого вещества, электрическую емкость, индуктивность или их совокупность; может быть также подсоединен дополнительно резистор, характеризуя наличие диэлектрических потерь в контролируемом веществе.

С изменением величины измеряемого параметра происходит изменение, в частности, емкостной составляющей нагрузочного сопротивления, что предопределяет ее конструкцию, т.е. конструкцию чувствительного элемента 3. Чувствительным элементом 3 может являться, например, коаксиальный конденсатор (измерительная ячейка), заполняемый контролируемым веществом. Если контролируемое вещество является несовершенным диэлектриком или электропроводным веществом, то при покрытии внутреннего проводника указанного коаксиального конденсатора диэлектрической оболочкой контролируемое вещество в нем характеризуется эффективной диэлектрической проницаемостью двухслойного диэлектрика - вещества и диэлектрической оболочки (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1989. С.125-131). При этом такое нагрузочное сопротивление становится емкостным. Величина измеряемого параметра определяется с учетом известных значений параметров такого чувствительного элемента (геометрических параметров конденсатора и диэлектрической проницаемости оболочки).

В некотором сечении вдоль отрезка длинной линии 2 к нему подсоединен детектор 4, с выхода которого продетектированный сигнал поступает в блок перестройки частоты генератора 5, подключенный выходом к генератору 1. В зависимости от амплитуды продетектированного сигнала, определяемой значением напряженности поля стоячей волны в указанном сечении с координатой zk, изменяется частота генератора 1. Величина этого изменения частоты Δƒ выражается формулой (7). При измерениях предварительно выбором частоты генератора ƒ0 или (и) длины отрезка длинной линии устанавливают минимум напряженности поля стоячей волны в указанном сечении с координатой zk при некотором номинальном значении x0 определяемого физического свойства вещества. Возбуждение в отрезке длинной линии электромагнитной волны на фиксированной частоте ƒ, измененной на величину Δƒ относительно частоты ƒ0, приводит к восстановлению в указанном сечении с координатой zk минимума поля стоячей волны. По величине ƒ, фиксируемой индикатором 6, подключенным к генератору 1, можно судить о величине измеряемого параметра x (физического свойства вещества).

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется проведением высокоточных частотных измерений вместо амплитудных измерений, что приводит к существенному увеличению точности измерения.

Данный способ может быть применен для измерения различных физических свойств веществ в измерительных ячейках (при отборе пробы вещества), а также при измерениях в технологических емкостях и в трубопроводах с перемещаемыми по ним контролируемыми веществами.

Способ определения физических свойств жидкостей или газов, включающий возбуждение электромагнитных волн фиксированной частоты в отрезке длинной линии с оконечным нагрузочным сопротивлением в виде чувствительного элемента с образованием стоячей электромагнитной волны и размещение контролируемого вещества в электромагнитном поле нагрузочного сопротивления, отличающийся тем, что предварительно устанавливают минимум напряженности поля стоячей волны в фиксированном сечении отрезка длинной линии при некотором номинальном значении определяемого физического свойства контролируемого вещества, в процессе измерения изменяют частоту возбуждаемых электромагнитных волн до достижения напряженностью поля стоячей волны ее минимума в указанном фиксированном сечении отрезка длинной линии и о физических свойствах вещества судят по величине этой частоты.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 101.
27.11.2013
№216.012.8501

Способ автоматического управления движением судна с учетом волнения

Изобретение относится к области судовождения по заданному маршруту. Предложенный способ базируется на автоматическом управлении движением судна с двумя законами управления - оптимальным (в смысле точности стабилизации судна на курсе при спокойном море) и «облегченным» (для сохранности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499727
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.05.2015
№216.013.4b47

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами по нормали к ней, принимают отраженные от этого участка поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550778
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.06.2016
№216.015.4603

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения давления содержит СВЧ чувствительный элемент в виде металлической полости, часть стенки которой выполнена упругой, соединенный с помощью элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний с электронным блоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586388
Дата охранного документа: 10.06.2016
25.08.2017
№217.015.a7eb

Способ измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения покомпонентного количества (объема) многокомпонентной среды в емкости, произвольным образом распределенной внутри нее. В частности, оно может быть применено для измерения количества каждой компоненты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611210
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a8e8

Способ измерения состава двухфазного вещества в потоке

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного измерения физических свойств веществ, являющихся компонентами двухфазного вещества, неподвижного или транспортируемого по трубопроводу. В частности, данный способ может быть применен для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611439
Дата охранного документа: 22.02.2017
25.08.2017
№217.015.ab10

Способ измерения состава трехкомпонентного водосодержащего вещества в потоке

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного измерения физических свойств веществ, являющихся компонентами трехкомпонентного вещества, неподвижного или транспортируемого по трубопроводу. В частности, данный способ может быть применен для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612033
Дата охранного документа: 02.03.2017
20.02.2019
№219.016.c2f6

Магниторезистивная головка-градиометр

Изобретение относится к области магнитных наноэлементов на основе многослойных металлических наноструктур с магниторезистивным эффектом. Техническим результатом является создание магниторезистивной головки-градиометра на основе металлической ферромагнитной наноструктуры с планарным протеканием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002403652
Дата охранного документа: 10.11.2010
23.02.2019
№219.016.c647

Способ управления движением судна

Изобретение относится к области судовождения. Автоматическое управление движением судна обычно осуществляется с помощью кормового руля достаточно эффективно, но при наличии нескольких гребных винтов, а также при волнении моря или ветре качество управления падает. Предложенный способ позволяет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002388650
Дата охранного документа: 10.05.2010
23.02.2019
№219.016.c64b

Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе

В резонаторе (4), встроенном в измерительный участок (1) трубопровода (2), возбуждают электромагнитные колебания и формируют два сигнала, частота одного из которых пропорциональна собственной (резонансной) частоте колебаний резонатора, а частота другого - его добротности. По резонансной частоте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002410672
Дата охранного документа: 27.01.2011
23.02.2019
№219.016.c660

Устройство для измерения массы сжиженного газа в замкнутом резервуаре

Изобретение относится к электромагнитным методам контроля и измерения и может быть использовано для измерения массы сжиженных газов, включая криогенные жидкости, при любом их фазовом состоянии. Сущность: устройство содержит резонатор, выполненный в виде непрерывной щелевой линии на стенке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002427805
Дата охранного документа: 27.08.2011
Показаны записи 21-30 из 86.
20.12.2014
№216.013.1299

Концентратомер

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения концентрации бинарных смесей различных жидких веществ, перекачиваемых по трубопроводам. Концентратомер содержит установленный на измерительном участке трубопровода с перекачиваемой жидкостью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536184
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.05.2015
№216.013.4b38

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагается способ измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550763
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4b3b

Способ определения уровня жидкого металла в технологической емкости

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня электропроводной жидкости в различных открытых емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Предлагается способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550766
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4b47

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами по нормали к ней, принимают отраженные от этого участка поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550778
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d92

Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных бесконтактных измерений физических параметров (влажности, плотности, массы, толщины и др.) различных листовых материалов, движущихся или находящихся в стационарных условиях. В частности, это устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551372
Дата охранного документа: 20.05.2015
27.05.2015
№216.013.4eb9

Устройство для измерения физических свойств жидкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551671
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.06.2015
№216.013.510f

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552272
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.07.2015
№216.013.60af

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в емкости, например для измерения уровня нефтепродуктов. Техническим результатом является увеличение чувствительности и точности измерений. В предлагаемом способе измерения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556292
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.69c5

Способ измерения уровня вещества в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения уровня вещества (жидкости, сыпучего вещества), находящегося в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558630
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.11.2015
№216.013.8bff

Способ измерения количества диэлектрической жидкости в металлической емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения количества (объема) диэлектрической жидкости в металлической емкости произвольной конфигурации независимо от ее электрофизических параметров. Предлагается способ измерения количества диэлектрического вещества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567446
Дата охранного документа: 10.11.2015
+ добавить свой РИД