Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 8 · RADIO ENGINEERING

СВЧ измерители влагосодержания углеводородных смесей (разработка методов и конструкций)

K.D. Kazarinov1, I.G. Polnikov1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.8.3 UDC 621.372.8 EDN YASRCH

Abstract

The results of works on the use of the waveguide-dielectric method for monitoring and investigation of highly absorbing liquids with the help of thin polyethylene capillary in a metal waveguide are proposed. The method is based on the features of the passage of a waveguide H10-wave through a waveguide-capillary resonator. The capillary was filled with a highly absorbing liquid and is located in a single-mode waveguide parallel to its narrow walls and in the middle of a wide wall (in the region of the maximum of the electric field of the H10 wave). There is a theoretical confirmation of the experimentally detected optimal capillary size with the most pronounced resonant absorption maximum of microwave radiation in the measuring chamber. A new design of a tunable waveguide microwave resonator intended to be used in systems of measuring dielectric parameters of highly absorbing liquids is proposed. The resonator design provides adjustment of the connection with the object of measurement and high stability of the measurement results. The concentration of water in the hydrocarbon mixtures (ethanol, methanol, diethylene glycol) was measured. A new method for controlling the content of a substance in a liquid mixture was developed. The method is based on measuring the dependence of the absorption of microwave radiation on the temperature of the mixture. This method discovers new possibilities of measuring the concentration of water in liquid mixtures. A constructive improvement of the resonance measuring chamber was carried out. This made it possible to ensure the maximum quality factor of the resonator for each concentration of matter in the liquid being studied and to increase the sensitivity of measurements of the dielectric parameters of the liquid. The results of this work can be used in the oil and gas industry, pharmaceutical and food industries, in biomedical research. The results of the research have been reported at VII International Congress "Low and Superlow Fields and Radiations in Biology and Medicine".

  • сверхвысокие частоты (СВЧ)
  • крайне высокие частоты (КВЧ)
  • сантиметровые и миллиметровые волны
  • диэлектрическая проницаемость
  • коэффициент поглощения
  • водные растворы
  • углеводородные смеси
  • контроль содержания воды
  • волноводно-диэлектрический резонанс
  • волноводная камера
  • ultrahigh frequencies (microwave frequencies)
  • extremely high frequencies (EHF)
  • centimeter and millimeter waves
  • dielectric constant
  • absorption coefficient
  • aqueous solutions
  • hydrocarbon mixtures
  • water content monitoring
  • waveguide dielectric resonance
  • waveguide chamber
Аннотация (на русском)

СВЧ измерители влагосодержания углеводородных смесей (разработка методов и конструкций)

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по определению концентрации воды в жидких углеводородных средах с использованием метода волноводно-диэлектрического резонанса с помощью разработанных и изготовленных в ФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН лабораторных макетов измерителей в микроволновом диапазоне, защищенных тремя патентами на изобретения.

For citation

Kazarinov K.D., Polnikov I.G. СВЧ измерители влагосодержания углеводородных смесей (разработка методов и конструкций) // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.3

References

  1. Pathig R. "Dielectric and electronic properties of biological materials". Chichester: Jonn Wiley & Sons. 1979. 279 p.
  2. Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. М. Наука. 1990. 117 с.
  3. Девятков Н.Д. Взаимодействие миллиметрового излучения с биологически активными соединениями и полярными жидкостями. Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23, № 9. С. 1882-1890.
  4. Брандт А.А. Исследования диэлектриков на сверхвысоких частотах. М. Физматгиз. 1963. 403 c.
  5. Гвоздовер С.Д. Теория электронных приборов сверхвысоких частот. 1956. М. Гостехиздат. 527 c.
  6. Храпко А.М., Гайдук В.И., Бакаушина Г.Ф. и др. Волноводные и квазиоптические устройства для измерения поглощения СВЧ-излучения в органических жидкостях. Электронная техника. Электроника СВЧ. 1976. Вып. 10. C. 69-78.
  7. Мухтаров Р.Г. Волноводные измерительные ячейки для СВЧ-влагомеров жидких материалов. Электронная техника. Электроника СВЧ. 1991. Вып. 7 (441). C. 45-48.
  8. Бецкий О.В., Казаринов К.Д., Путвинский А.В. и др. А.с. 1101750 СССР, G01P21/04. Способ измерения мощности СВЧ-излучения. Бюллетень: "Открытия. Изобретения". 1984. N25. C. 120.
  9. Ольшанский Д.И., Любимов Ю.А., Хургин Ю.И. Тепловые эффекты при измерении поглощения водой КВЧ-излучения. //Миллиметровые волны в медицине и биологии: Сб. докладов: -М.: ИРЭ РАН, 1995. - С. 217-218.
  10. Беляков Е.В. Перестраиваемый СВЧ-резонатор для измерения поглощающих жидкостей. Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. Вып. 10 (424). C. 59-61.
  11. Методические указания № 332 пр приготовлению и аттестации образцовых искуссственных проб (эмульсий) для проверки и градуировки влагомеров для нефти. "Издательство стандартов". М. 1974.
  12. Казаринов К.Д., Полников И.Г. Патент на изобретение № 2614047. Перестраиваемая волноводно-диэлектрическая камера для контроля жидкостей. Дата гос. регистрации в Гос. Реестре изобретений РФ 22 марта 2017. Бюл. № 9.
  13. Абросимов В.К., Крестов А.Г., Альпер Г.А. и др. Достижения и проблемы теории сольватации: структурно-термодинамические аспекты. М.: Наука, 1998. 247 с.
  14. BP (British Petroleum). Measurement of water content of liquids using microwave. Claim. 24. 03. 1980, GB 7910431. G1N Int Cl (G01N22/04).
  15. Chamberlain J.E. et al. Submillimetre absorption and dispersion of liquid water. Nature. 1966. V. 210, N5038. P. 1003.
  16. Казаринов К.Д., Полников И.Г. Патент на изобретение № 2631340. Способ измерения концентрации водных растворов. Дата гос. регистрации в Гос. Реестре изобретений РФ 21.09.2017. Бюл. № 27.
  17. Казаринов К.Д., Тихонова Е.А., Солосин В.С. Патент на изобретение № 2655028. "Волноводное устройство для измерения параметров жидкостей". Дата гос. регистрации в Гос. Реестре изобретений РФ 23 мая 2018. Бюл. № 15.
  18. Казаринов К.Д., Тихонова Е.А., Солосин В.С. Использование ЭМИ микроволнового диапазона для измерения параметров жидкостей. // I Всеросийская конференция с международным участием "Физика и экология электромагнитных излучений", п. Агой, Краснодарский край. 25 - 30 сентября 2017 г. Научные труды конференции. Т. 1. С. 29. URL: conf.biophys.ru/archive/agoi-2017.pdf#page=29
  19. Казаринов К.Д., Городецкая М.В., Полников И.Г. Волноводно диэлектрический метод для исследований сильнопоглощающих жидкостей в микроволновом диапазоне. // Научные труды VII Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», СПб, 2015, С.53. URL: www.biophys.ru/archive/congress2015.pdf#page=53