射频法重油含水率测量仪的研究微型减速器
发布时间:2022-08-22 17:54:39
射频法重油含水率测量仪的研究
射频法重油含水率测量仪的研究 2011年12月10日 来源: 在有色冶炼过程中,许多厂矿采用重油作为冶金炉的燃料。重油中的水分对炉内的燃烧和冶金反应过程都有很大影响。重油含水多时,不仅降低了发热量和燃烧温度,还会由于水分的汽化影响供油设备的正常运行,甚至影响火焰的稳定。因此,水分多时应设法去掉。但是,有时为了改善高粘度重渣油的雾化性能和降低烟气中NO的含量,向重油中掺入适量的水分经乳化后可取得经济的燃烧效果。这都要求对重油中的含水量进行测量,尤其是为了提供生产过程的参数,需要进行快速定量分析。 本文介绍的重油含水率测量仪,采用射频法进行检测。这种方法基于射频阻抗理论,把含水重油作为电介质,由被测油水混和液对射频信号呈现的阻抗特性,即测量其介电常数的变化来反映重油中的含水量。2 检测原理与系统组成 2.1 检测原理 重油是由多种碳氢化合物混和而成,属于非极性物质,其介电常数约为2.3。而水是极性分子,由水分子组成的液态水为极性电介质,其介电常数是80,两者相差甚大,因而所呈现的射频阻抗特性不同。当射频信号传到以油为介质的电容式射频传感器负载时,该负载阻抗随着混和液中不同的油水比而变化。 忽略重油中所含杂质的影响,含水重油可近似看作纯油和纯水两种介质的混和,其有效介电常数可用下式表示〔1〕:(1) 式中:εr——混和介质的介电常数 ε1——纯水的介电常数 ε2——纯油的介电常数 D——介质水的体积百分率 由上式可见,混和介质的有效介电常数介于二者之间,重油中含水量的变化将显著地影响重油的介电常数。 电容器置于含水重油中,当电容器的结构及外形尺寸一定时,电容量为 C=K.ε (2) 式中:ε——介质的介电常数 K——常数,由电容器的结构、尺寸而定 射频阻抗为: Z=Rs+1/jωC (3) 式中:ω——射频信号角频率 C——电容量,Rs——等效电阻 由(1)、(2)、(3)式可见,油中含水量D不同,则传感器的射频阻抗Z就不同。 2.2 系统组成 系统组成框图如图1所示。测量时将传感器探头插入样品油中,同时检测水分电压值Vw和温度电压值Vt,两路信号经滤波电路和高精度仪用放大器AD620放大处理后,送入PCL—711数据采集板进行A/D转换,再由计算机进行数据处理、温度补偿、显示和打印。图1 测量系统框图3 介质温度补偿与多参数的非线性校正 重油的品牌有多种,品牌不同,则介电常数和其它性质就不同。即使是同一种重油,当介质温度T不同时,测量出的Vw也不同。因为介质温度变化时,介电常数会发生变化,同时还会影响射频信号的频率、幅度,导致测量值发生变化。因此,为了准确地测量重油的含水量,在检测Vw的同时,还要检测Vt。 本系统采用查表和插值法对温度进行补偿和校正。对于每种重油,通过标定实验建立W,Vt,Vw的三维标定采样表,如表1所示。 选择若干个标准试样,其含水率分别为W1,W2,W3,…Wn,每一种标准试样通过加热改变温度,测量某一温度下的Vt与Vw。例如试样含水率为W1时,可测得不同温度下的若干组数据Vt11,Vw11,Vt12,Vw12,…,Vt1m,Vw1m。实际测量时,根据采样表中的数据,通过查表和样条函数插值运算即可得到含水量W。 设S(x)为区间[A,B]上的样条函数〔2〕,根据三次样条函数的定义,在插值结点处二次导数存在,设: S″(xk)=Mk,k=0,1,…,n 又由于在每一个子区间上,S(x)是一个不超过三次的多项式,因此,在每一个子区间上,其二阶导数为线性函数,即 式中:hk-1=xk-xk-1 k=0,1,…n对S″(x)积分两次,则得到样条函数 (4) 其中p,q为任意常数,可以根据结点条件S(xk-1)=yk-1,S(xk)=yk来确定 p=yk-1-(Mk-1h2k-1/6) q=yk-(Mkh2k-1/6) M则可利用下列方程组来求解: ukMk-1+2Mk+λk=dk (k=1,2,…n-1) (5) 2M0+M1=d0 (6) Mn-1+2Mn=dn (7) 式中:
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