基于電磁諧振技術(shù)的微水測(cè)定新方法研究

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測(cè)定原理及其實(shí)現(xiàn)
1.1測(cè)定原理
　　在線微水測(cè)定方法以電容作為敏感元件，利用油的介電常數(shù)和水的介電常數(shù)不同，當(dāng)水的含量變化時(shí)，油和水混和物的介電常數(shù)發(fā)生變化，則相應(yīng)的電容發(fā)生變化，將電容接入電磁諧振工作電路，則可檢測(cè)出電容的變化量，即求出水的含量。

　　
　　其中D，d：兩個(gè)極柱的直徑；ε：電介質(zhì)的介電常數(shù)；L：電容的有效長(zhǎng)度。
　　對(duì)于一個(gè)確定的電容，設(shè)
　　
　　則(1)式可寫(xiě)成
　　
　　干物質(zhì)吸水后的介電常數(shù)的變化用下式表示：
　　?
其中εm：濕物質(zhì)的介電常數(shù)；ε1：水的介電常數(shù)；ε2：干物質(zhì)的介電常數(shù)；S1：濕物質(zhì)中水含量的體積填充系數(shù)；S2：濕物質(zhì)中干物質(zhì)含量的體積填充系數(shù)，顯然S2=1-S1。
　　根據(jù)(2)、(3)式得：
　　
　　因?yàn)镵、ε1、ε2是常數(shù)，所以電容的變化與水含量的變化成正比，只要求出電容變化量就可以知道水含量S1。
1.2測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成
　　通過(guò)傳感器把石油產(chǎn)品中的微量水含量變?yōu)殡?a target="_blank">信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理和電路變換，送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理后，再通過(guò)D/A和F/I轉(zhuǎn)換為4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)直流電信號(hào)輸出，該系統(tǒng)具有自校驗(yàn)、自診斷等智能功能，具有很好的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性。
1.3實(shí)現(xiàn)
　　變送器為全封閉鎧裝結(jié)構(gòu)，具有很好的屏蔽性。將變送器安裝在儲(chǔ)油箱的頂部、底部或側(cè)面，采用RS-485串行接口與上位機(jī)(二次儀表)連接實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。為了提高傳感器的靈敏度，減少外界溫度和電磁干擾，傳輸信號(hào)的電纜采用雙層屏蔽同軸電纜，線纜的外屏蔽層接地。

2.1溫度
　　石油產(chǎn)品的介電常數(shù)隨溫度變化而變化，因此，含水量不變，而電容值本身要隨溫度變化而變化，以變壓器油為例，如圖3所示，輸出頻率(電容)隨溫度的降低而變大，從圖可知，溫度變化31.4℃，頻率變化近700個(gè)字。為了補(bǔ)償溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在傳感器的內(nèi)極板上安裝了Pt50溫度傳感器測(cè)量油中的溫度，建立溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)或溫度補(bǔ)償曲線來(lái)消除溫度誤差的影響。
2.2石油產(chǎn)品中的添加劑對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響
　　實(shí)驗(yàn)表明，不同類型的石油產(chǎn)品，由于其添加劑的種類和含量的不同，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，但同一類型的石油產(chǎn)品，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小。因此，對(duì)不同類型的石油產(chǎn)品水分測(cè)定時(shí)，必須分別對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定來(lái)消除添加劑對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
2.3石油產(chǎn)品中是否含有氣泡
　　空氣的介電常數(shù)與油和水的介電常數(shù)相差很大，如油中有氣相成分(氣泡)將對(duì)測(cè)量結(jié)果影響 很大，這種現(xiàn)象在循環(huán)油路中是常見(jiàn)的，如對(duì)飛機(jī)進(jìn)行的加油系統(tǒng)，由于流速的不穩(wěn)定，在產(chǎn)生紊流的同時(shí)有可能產(chǎn)生氣泡。因此如用本方法進(jìn)行在線測(cè)量水分時(shí)，必須進(jìn)行消氣處理，即在測(cè)量的上端安裝消氣器對(duì)油中的氣泡進(jìn)行排除。

　　我們對(duì)3種不同的石油產(chǎn)品(變壓器油、航空煤油、航空潤(rùn)滑油)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬在線測(cè)量，變送器與二次顯示儀表(上位機(jī))的距離為1km，并把測(cè)量結(jié)果與國(guó)標(biāo)法即卡爾·費(fèi)休試劑法(儀器為WS-5 Model MiniAmount Water Detective Instrument)進(jìn)行比對(duì)，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

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