微波式原油含水分析仪基本测量原理和组成及结构

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1、微波式原油含水分析仪基本测量原理和组成及结构微波式含水分析仪足利用微波通过油样时，会引起微波的强度哀减，或产生相位变化，或发生频率变化这三种特征而工作的。H前用的比较多的是采用衰减法和移相法.I.基本测量原理微波是一种高频电磁波，频率范围约为1-lOOOMHzo微波含水分析仪一般使用频率为lOMIlz、波长约3cm的微波。微波传递方句性较好，能里集屮。微波也像艽他电磁波一样，在通过一些介质吋，会使介质的分子极化、振动与摩擦，吸收掉一部分能景。而当傲波从一种介质射人另一种介质吋，将在两种介质的分界面上产生折射与反射。不同的介质，对微波的吸收不同，对微波的反射也不同

2、。原汕与水两种介质的波阻抗明显不同，原汕比水的波阻抗人得多。在原汕屮传播的徽波遇到水滴时，会产生强烈的反射。原汕屮含水朵越高，对微波的反射越强。在人射波强度不变的条件下，通过测量原油中反射微波的强弱，便可测定原油中的含水贵。反射徽波的强弱与介质的波阻抗z有关。波阻抗是表征屯磁波在介质屮传播吋，其屯场、磁场强度比值大小的参数.在自由空间中，横电磁波的波阻抗等于这种介质的磁导率p与介电常数。之比的〒方根。不同的介质，其波阻抗不同.当微波垂直于两种介质的分界面传播吋，反射波功率与人射波功率之比一功率反射系数与两种介质的波肌抗有关，可以表示为：式中7——功串反射系数》Z

3、,——人射介质的波阻抗;z2——出射介质的波阻抗。例如，水的波阻抗约为47,某原汕的波阻抗为266,空气的波阻抗约为377。当微波从空气屮的天线探头射人纯原汕屮时，功率反射系数为0.1726,而当徽波从空气射人纯水屮时，功率反射系数为0.7783,可见微波反射能里相差很大。当微波射人含水S不同的原汕时，K功率反射系数如表6-1所示。功率反射系数随含水県增加而增加。表犀油含水車、波阻执、功車反射羣敝的关系含水率0.010203040S060708090100介屯肅教＜2.000:.6021.33<4.2595.4441.0279.24712.$8518.17429

4、.<4364.000教昭恍；S266.023X7206.3182-7KI.6U2.212€0106.388.4369.4847.13反射蓽数y0.1730>2350.2930.3470.4000.4520.5050.5600.6200.6890.7782.组成及结构微波含水分析仪由变送器和敁示器两部分组成。变送器装在输汕管道上，用于将含水率转换为电信号送往显示部分，其组成框阁如阁6-5所示。测跫吋，微波源产生一定强度的微波，由环形器、换向开关进人调配器，达到阻抗匹配，再由天线探头射入暈汕筒内的吸收筒屮。在吸收筒内，徽波产生一定的反射，反射徽波沿扣反的路径经天线探

5、1、调配器、换向开关后进人环形器，经环形器导向进人隔离器，最后进人检波器，由检波二极管将反射波的强弱变成相应的电压信号输出。天线探头发射至原油中的徽波只是部分地被反射，未被反射的透射波则进人微波吸收器被完全吸收。舶•快变进》钴拘示窳田1一棲渡®*矚痛瓣,3_蜉彫•：4一■搴雞績壽•S—体教曲二极管》I侧7副籯癘臂,8—饑憧

6、>-««•-摘利开11■赒《»•U—人饑《头雜•收简I>«-««*•u—II鏞筒•i«—鵠臃管*n—杯馕电輯各部分的作用如下所述。(1)微波源:是产生徽波的器件，是由体效应二极管作为振荡源组成的微波波导腔振荡器.当体效应二极管外加1IV直流偏

7、置电灰时，K内产生浪涌电流振荡，在波导腔屮形成微波电磁场，由辐合窗口发射到环形器上去.(2)环形器:是一种对微波有引导作川的器件。从某种意义上说是一种换向器、隔离器.从微波源进人A门的人射信号，可以从B口发射到换向器进人A油筒,其间能f损失很小。似人射波却不能从A口直接射到C口进人检波器，此方向隔离很好。另一方面，从A油简来的反射波，可以无损耗地从B门进人C口射向检波器检波，但不能反向进人A门到微波源.这样，人射微波与反射微波各行其道，互不影响。(3)调配器:是一个阻抗变换元件，使天线探义•的特性阻抗与传愉微波的波导管的阻抗相匹配。调配器上的螺钉4以产生与无线探

8、失相反的额外反射波，此反射波对以勾探失本身的辐射波相抵消，以达到阻抗匹配的目的，但不会阻碍人射波和汕品反射波的通过。⑷检波器:用来检侧原汕对徽波的反射波的强弱，卯由检波二极管变换为直流电压信号。(5)隔离器:是一种徽波铁氧体元件。K作用是利用波导管屮的铁权体元件将从检波器池漏出来的辐射徽波全部吸收掉，以防止反射波帘人微波源，影晌正常测S。但由于铁载体元件的特殊形状和位里，对从天线来的汕品反射波无阻碍作用，使之顺利进人检波器检波。(6)换向开关和监视祐监视臂足一个阻抗可调节的徽波元件.定在波导管屮安装的一•个位置可调的活塞，可以部分地吸收徽波辐射。利用它可以产生与

9、已知含水量的标准油样相同