Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Способы построения измерительных преобразователей для емкостных датчиков 15
1.1. Емкостные датчики как объекты исследования в измерительном эксперименте 15
1.2 Задачи измерительного преобразования физических величин, обусловленные сложностью эквивалентной схемы датчика 29
1.3 Обзор методов и средств построения ИП с ёмкостными датчиками
1.3.1 Методы уравновешенного преобразования 33
1.3.2 Методы прямого преобразования 36
1.4 Измерительный преобразователь как система с адаптивным координатно-параметрическим управлением 39
Основные результаты и выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Разработка способов построения измерительных преобразователей для емкостных датчиков с использованием структурно-временной избыточности 46
2.1. Обобщенная структурная схема ИП для ЕД 46
2.2. ИП для одинарных ЕД 56
2.3. ИП для дифференциальных ЕД 63
2.4. ИП для ЕД на основе RC-генераторов 68
2.5. Комбинированные ИП со стабилизацией параметров ЕД и структурно-временной избыточностью 70
Основные результаты и выводы по главе 2 73
ГЛАВА 3. Анализ погрешностей измерительных преобразователей со структурно-временной избыточностью 74
3.1. Погрешность неадекватности модели ЭС емкостного датчика и исследуемого объекта 74
3.2. Погрешности преобразования параметров информативного сигнала в частотно-временной сигнал 77
3.3. Методические погрешности, обусловленные использованием структурно-временной избыточности 81
3.4. Динамическая погрешность ИП с временной избыточностью 88
Основные результаты и выводы по главе 3 91
ГЛАВА 4. Практическая реализация измерительных преобразователей для емкостных датчиков в ииус различного назначения 92
4.1. Подсистема измерения и контроля объемного расхода жидкости с мерным цилиндром 92
4.2. Подсистема мониторинга двухкомпонентных потоков технологических жидкостей 109
4.3. Подсистема измерения и контроля уровня жидкости в резервуаре 114
4.4. Измерительный преобразователь для емкостных датчиков угла поворота 118
4.4.1. ИП угла поворота для лабораторно-демонстрационного комплекса по курсу общей физики 120
4.4.2. ИП угла поворота для ветроэнергетических установок 121
Основные результаты и выводы по главе 4 123
Заключение 125
Список литературы
- Обзор методов и средств построения ИП с ёмкостными датчиками
- ИП для дифференциальных ЕД
- Погрешности преобразования параметров информативного сигнала в частотно-временной сигнал
- Подсистема измерения и контроля уровня жидкости в резервуаре
Введение к работе
Актуальность работы. Емкостные датчики (ЕД) широко применяются в информационно-измерительных и управляющих системах (ИИУС), составляя единую подсистему с преобразователем «емкость – унифицированный сигнал». Чувствительный элемент ЕД находится на исследуемом объекте (ИО) и испытывает влияние различных факторов. В итоге, эквивалентная схема (ЭС) ЕД представляет собой, в общем случае, многоэлементную электрическую цепь (ЭЦ), что создает проблему обеспечения инвариантности результата преобразования к неинформативным параметрам ИО и ЕД. Необходимы поиск новых и модернизация известных способов измерительного преобразования параметров ЕД, удовлетворяющих требованиям практики. Развиваемое в работе направление совершенствования измерительных преобразователей (ИП) состоит в применении для их синтеза и анализа концептуального математического аппарата теории систем, теории инвариантности и принципов адаптивного координатно-параметрического управления.
Значительный вклад в разработку теории и практики инвариантных ИП внесли работы научных коллективов, руководимых Т. М. Алиевым, В. И. Батищевым, Л. И. Волгиным, К. Б. Карандеевым, В. Ю. Кнеллером, Л. Ф. и К. Л. Куликовскими, Е. А. Ломтевым, А. И. Мартяшиным, В. С. Ме-лентьевым, В. Н. Нестеровым, А. В. Светловым, Б. Л. Свистуновым, Ю. А. Скрипником, П. П. Чураковым, Э. К. Шаховым, В. М. Шляндиным и другими учеными, однако достигнутые характеристики ИП ограничиваются возможностями используемых способов преобразования.
Цель диссертационной работы – совершенствование ИП выходных величин ЕД на основе положений теории инвариантности; исследование способов совершенствования и разработка новых ИП для ЕД, обладающих улучшенными техническими характеристиками.
Исследования по тематике данной диссертационной работы поддержаны грантом РФФИ № 16-38-00893 на 2016 г. «Синтез структур и алгоритмов преобразования параметров емкостных датчиков на основе методологии построения адаптивных управляющих динамических систем».
Основные задачи исследования:
-
Анализ перспективных направлений совершенствования ИП на базе адаптивного координатно-параметрического управления, обоснование целесообразности использования структурно-временной избыточности для расширения функциональных возможностей и улучшения точностных характеристик ИП.
-
Обоснование необходимости рассмотрения в качестве объекта проектирования обобщенной подсистемы «исследуемый объект–ЕД».
-
Разработка и исследование способов построения и структур ИП с емкостными датчиками с использованием структурной и/или временной избыточности.
-
Анализ точностных характеристик разработанных ИП как систем с пространственной (структурной) и временной (алгоритмической) избыточностью.
-
Внедрение результатов исследований в практику в виде ИП для емкостных датчиков измерительных и управляющих систем различного назначения.
Методы исследования основаны на положениях теории систем автоматического управления, теории инвариантности, теории точности измерительных систем, математического анализа.
Научная новизна работы:
-
Предложена структурно-математическая модель комплекса «датчик–измерительный преобразователь», позволившая использовать положения теории адаптивного координатно-параметрического управления для совершенствования характеристик ИП.
-
Разработаны новые структуры ИП параметров ЕД, обеспечивающие повышенную точность путем снижения влияния неинформативных параметров объекта и ЕД за счет создания структурной и временной избыточности.
-
Предложены способы снижения погрешностей преобразования параметров ЕД, вносимых дополнительными («избыточными») узлами (тактами) преобразования.
-
Разработаны алгоритмы преобразования и структуры ИП различного назначения, обладающие улучшенным комплексом характеристик.
Практическая значимость работы состоит в разработке основ теории и реализации системно-ориентированных ИП, обеспечивающих повышение точностных и эксплуатационных характеристик датчиковой аппаратуры.
Объект исследования – измерительные преобразователи с емкостными датчиками.
Предмет исследования – способы реализации, исследование характеристик, преимуществ и недостатков ИП, построенных с использованием структурно-временной избыточности.
Реализация работы и внедрение результатов:
-
ИП для дифференциального ЕД в измерителе расхода топлива – в ООО «Ноосферные технологии», г. Пенза.
-
ИП для емкостного датчика ВБ 1.18М.75.10х1 в устройстве мониторинга уровня жидкости в аварийных резервуарах – в ООО «Электрические системы» для АО «Транснефть – Дружба-2», г. Пенза.
-
ИП для ЕД угла поворота в системе управления ветроэнергетических агрегатов – в Международном консорциуме НИИКЭНТ (Россия – Казахстан).
-
Методика разработки ИП для ЕД используется в учебном процессе ПензГТУ и других вузов.
Результаты работы подтверждены актами о внедрении.
На защиту выносятся:
-
Структурно-математическая модель комплекса «датчик-преобразователь», обосновывающая целесообразность использования структурно-временной избыточности обеспечения инвариантности результата преобразования к неинформативным параметрам ИО и ЕД.
-
Алгоритмы и структуры ИП параметров ЕД со структурно-временной избыточностью, использующие единые алгоритмы обработки результатов преобразования.
-
Способы определения и снижения методической погрешности преобразования, обусловленной использованием структурно-временной избыточности, отличающиеся универсальностью подхода к анализу ИП с различными видами организации избыточности.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на таких конференциях и семинарах, как Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах – 2011» (Пенза, 2011); Международный симпозиум «Надежность и качество (НИКА)» (Пенза, 2011); III Международная научно-техническая конференция «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС – 2012)» (Самара, 2012); Всероссийская научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке и производстве (МГНП – 2013)» (Самара, 2013); II Международная научно-теническая конференция «Проблемы управления, обработки и передачи информации» (Саратов, 2011); Международная научно-техническая конференция «Новые технологии и инновационные проекты в горной и нефтегазовой отраслях» (Алматы, 2012); 6-я Международная студенческая научно-техническая конференция «Новые направления развития приборостроения» (Минск, 2013); Межрегиональная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в экономике, информатике и медицине» (Пенза, 2010, 2012–2016); IV, V, VI Научные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ПГТА (Пенза, 2011, 2012–2016); V Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы модернизации российского образования» (Москва, 2010, 2011); X Международная научно-методическая конференция «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2011); VIII Международная научно-техническая конференция «Научному прогрессу – творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2013); III Международная научно-техническая конференция «Информационно-измерительные диагностические и управляющие системы» (Курск, 2013); Международная научно-практическая конференция «Современная наука: реальность и перспективы» (Липецк, 2013); III Международная научно-прикладная конференция «Современные информационные технологии в управлении качеством» (Пенза, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 4 - в зарубежных изданиях.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 158 наименований, 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 145 страниц текста, включая 44 рисунка и 3 таблицы.
Обзор методов и средств построения ИП с ёмкостными датчиками
Емкостные датчики уровня находят применение в системах контроля, регулирования и управления производственными процессами в пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности. Емкостные датчики уровня применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом.
Они эффективны при работе с жидкостями, сыпучими материалами, пульпой, вязкими веществами (проводящими и непроводящими), а также в условиях образования конденсата, запыленности [64, 146].
В настоящее время широкое распространение получили датчики приближения (присутствия) [151]. Имея сравнительно низкую стоимость, датчики приближения охватывают огромный спектр направленности по своему применению во всех отраслях промышленности. Типичными областями использования емкостных датчиков этого типа являются: сигнализация заполнения емкостей из пластика или стекла; контроль уровня заполнения емкостей прозрачных упаковок; сигнализация обрыва обмоточного провода; регулирование натяжения ленты; поштучный счет предметов любого вида и др.
Емкостные датчики линейных и угловых перемещений являются наиболее распространенными приборами, широко используемыми в машиностроении и на транспорте, строительстве и энергетике, в различных измерительных комплексах. Сравнительно новыми приборами, доведенными до широкого промышленного применения в последние годы, стали малогабаритные емкостные инклинометры с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона датчика. Основные области применения инклинометров: использование в системах горизонтирования платформ, определение величины прогибов и деформаций различного рода опор и балок, контроль углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации, определение крена автомобилей, кораблей и подводных роботов, подъемников и кранов, экскаваторов, сельскохозяйственных машин, определение углового перемещения различного рода вращающихся объектов - валов, колес, механизмов редукторов как на стационарных, так и подвижных объектах. Емкостные датчики также находят применение в различных отраслях промышленности для измерения абсолютного и избыточного давления, толщины диэлектрических материалов, влажности воздуха, деформации, угловых и линейных ускорений, таких, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации для позиционирования различных механизмов и т.д.
В целом емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с датчиками других типов. К их достоинствам относятся: 1. простота изготовления, использование недорогих материалов для производства; 2. малые габариты и вес; 3. низкое потребление энергии; - высокая чувствительность; 4. отсутствие контактов (в некоторых случаях - один токосъем;; 5. длительный срок эксплуатации; 6. потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части емкостного датчика; 7. простота приспособления формы датчика к специфике различных задач. К недостаткам емкостных датчиков следует отнести: 1. сравнительно небольшой коэффициент преобразования; 2. высокие требования к экранировке деталей; 3. необходимость защиты датчика от факторов окружающей среды, которые могут ухудшить изоляцию между обкладками, - пыли, коррозии, влажности, ионизирующей радиации; 4. необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте;
Важной особенностью емкостных датчиков является существование краевого эффекта. Однако в большинстве случаев можно добиться достаточной экранировки за счет конструкции датчика. Присущий конденсаторам краевой эффект становится значительным, лишь когда расстояние между обкладками сравнимо с линейными размерами рассматриваемых поверхностей. Этот эффект можно в некоторой степени устранить, используя защитное кольцо, позволяющее вынести его влияние за границы поверхности обкладок, реально используемой при измерении.
Все перечисленные достоинства обуславливают широчайшее использование емкостных датчиков в ИИУС различного назначения.
Емкостные датчики могут быть использованы при измерении различных величин по трем направлениям в зависимости от функциональной связи измеряемой неэлектрической величины-параметра исследуемого объекта (ИО) -со следующими параметрами ЕД: 1. переменной диэлектрической проницаемостью среды е; 2. площадью перекрытия обкладок S; 3. изменяющимся расстоянием между обкладками d. В первом случае ЕД можно применять для анализа состава вещества, поскольку диэлектрическая проницаемость является функцией свойств вещества. При этом естественной входной величиной датчика будет характеристика состава вещества, заполняющего пространство между обкладками. Особенно широко ЕД этого типа применяются при измерении влажности твердых и жидких тел, уровня жидкости, а так же определения геометрических размеров небольших объектов.
В большинстве случаев практического использования ЕД их естественной входной величиной является геометрическое перемещение электродов относительно друг друга. На основе этого принципа построены датчики линейных перемещений, приборы измерений усилий, вибраций, скорости и ускорения, датчики приближения, давления и деформации (экстензометры). ЕД с изменяемой площадью перекрытия обкладок, как правило, используются для получения информации об угловых перемещениях.
ИП для дифференциальных ЕД
На рисунке 2.1 ИО - исследуемый объект, который характеризуется множеством измеряемых (управляемых) параметров X (в дальнейшем будем именовать их информативными параметрами) и множеством не измеряемых в данном опыте (неинформативных) параметров Y; сущность и назначение других узлов схемы поясняется в процессе ее рассмотрения. ЕД (емкостной датчик), первичный преобразователь, который, в совокупности с ИО характеризуется определенной эквивалентной схемой ЭС в виде пассивной ЭЦ с множеством параметров П. В числе последних выделим информативный параметр ПхєП(в случае ЕД - электрическая емкость С), связанный с информативным параметром х ИО априори известной, нормированной зависимостью. Другие параметры ЭС ЕД -Пу є Яв данном опыте являются неинформативными, их влияние подлежит устранению (минимизации). Таким образом, в каждом конкретном измерительном эксперименте, т.е. при решений конкретной задачи, указанные параметры ЕД при приложении к датчику опорного активного (возбуждающего) электрического воздействия А0 и при участии опорных пассивных параметров П0 преобразуются в электрический сигнал
в общем случае несущий информацию о всех параметрах ЭС ЕД. Здесь F -оператор преобразования параметров П в электрический сигнал V.
При этом формирователь воздействий (ФВ) может, в соответствии с реализуемым алгоритмом преобразования, вносить непосредственно в ИО физические величины с калиброванными значениями х0,у0 или включать в ЕД определенные пассивные параметры П0 (например, емкость С0 и сопротивление R0), реализуя принцип адаптивного координатно - параметрического управления и обеспечивая структурно - временную избыточность. Выходной сигнал с датчика ЕД V подается на вторичный преобразователь ВП, который преобразует определенный параметр этого электрического сигнала V (амплитуду, мгновенное значение, фазовый сдвиг и др.) в некоторый параметр д е Q унифицированного сигнала (постоянный ток (напряжение), частоту импульсов, цифровой код). Большинство известных (используемых в данной работе) способов преобразования выходных параметров параметрических датчиков, в частности ЕД в унифицированный сигнал основано аа включении ЕД кап пассивной электрической цепи (эквивалентной схемы ЕД) в схему ВП. Отсюда, целесообразно с точки зрения удобства анализа объединить эти два узла (ЕД и ВП) в общий - измерительную схему ИС.
В наиболее простых ситуациях, когда можно пренебречь неинформативными параметрами Y, Пу, значение определённого параметра q унифицированного сигнала V на выходе ВП связано однозначной зависимостью с измеряемым параметром ИО х, однако, в подавляющем большинстве случаев, множество параметров Q суть семейство функций параметров сигнала V (и, соответственно, параметров х,у,Пх,П ): Q = 4 V,t), (2.2) где Ф - оператор преобразования ВП. Для получения однозначной зависимости, позволяющей получить оценку х измеряемого параметра х ИО независимо от неинформативных параметров У,ПУ, как некоторой функции х = E(Q, ) (2.3) необходимо использование специального преобразования параметров Q в устройстве обработки УО. В совокупности с устройством управления УУ, формирующим сигналы управления U, и формирователем воздействий ФВ перечисленные узлы составляют измерительный преобразователь ИП.
Используемые способы получения желаемой функции преобразования в виде (2.3) можно разделить на следующие группы (см. таблицу 2.1).
Использование схемы 1 предполагает, что известны диапазоны изменения неинформативного параметра ИО - У и соответственного ему выходного параметра ЕД - П . Значения этих параметров вводятся априори в УО и используются для коррекции результата преобразования.
Использование схемы 2 предполагает возможность организации для ИО таких условий, в которых неинформативный параметр У (и, следовательно, соответствующий ему параметр ПП - П ) можно считать неизменным по меньшей мере в течение осуществляемого измерительного эксперимента, например, такта преобразования. Таким образом реализуется стабилизация неинформативных параметров, что существенно облегчает их учет и коррекцию.
Отличительной особенностью описанных способов построения ИП является их одноканальность. Как следует из определений, указанные способы относятся к консервативным, конструкторско-технологическим. Несмотря на имеющиеся на этом направлении достижения, возможности такого подхода в значительной степени исчерпаны. В связи с этим обстоятельством внимание в работе направлено на структурно алгоритмические методы совершенствования ИП для ЕД.
Для конкретизации направлений поиска таких методов и оценки их эффективности формализуется задача синтеза методов преобразования параметров ЭС ЕД на основании априорных данных об ЭС ЕД, (её топологии, номенклатуре параметров, диапазонах их возможного изменения), а также с учетом заданных целей измерительного эксперимента с назначения данной ИИУС. Суть формализации может быть определена следующим образом. Пусть имеются некоторое функциональное пространство параметров ИО и соответствующее им пространство параметров ЭС ЕД. Требуется найти описание технической системы (ИП), осуществляющей преобразование пространства параметров в некоторое пространство чисел, позволяющее получать оценки искомых параметров в соответствии с критерием минимума погрешности. Синтез алгоритмов, реализующих указанное отображение, производится на основе операторных соотношений (2.1-2.3).
Погрешности преобразования параметров информативного сигнала в частотно-временной сигнал
В первую очередь следует оценить погрешность, обусловленную неадекватностью используемой модели ЭС ЕД реальному исследуемому объекту ИО.
По основаниям, изложенным в гл. 1, в настоящей работе используется двухэлементная эквивалентная схема ЕД в виде параллельной RC-цепи. В этой модели емкость С является информативным параметром, связанным известной и нормированной функциональной зависимостью с искомым параметром ИО.
Активное сопротивление К ЭС ЕД является неинформативным параметром и связано с рядом параметров датчика и ИО, не подлежащих оцениванию в данном измерительном эксперименте.
Для оценки влияния активного сопротивления К ЭС ЕД на погрешность преобразования воспользуемся приведенной в [43] методикой, заключающейся в рассмотрении постоянных времени различных эквивалентных цепей для измерительных цепей вида «интегрирующая цепь» (рисунок 3.1). В случае К - 0 (идеализированный случай, когда утечка, например, в диэлектрической жидкости, отсутствует) ИЦ имеет вид рисунка 3.1,а. Здесь Е0 - э.д.с. возбуждения; К0 - опорное сопротивление ИС; С -емкость ЕД; R - сопротивление утечки. В качестве информативного параметра сигнала V, снимаемого со средней точки измерительной цепи (рисунок 3.1), имеем постоянную времени г. Такой выбор оправдан тем, что в качестве унифицированного сигнала в разрабатываемых ИП используется частотно - временной сигнал, где именно временные параметры несут информацию об искомых физических величинах.
Постоянная времени измерительной цепи для случая а равна Из рисунка 3.2 следует, что для обеспечения относительной погрешности измерения г порядка 0,001% соотношение — должно быть не более 1,1-10 5, что для реальных измерительных ситуаций далеко не всегда выполнимо, прежде всего с учетом того, что сопротивление К может быть относительно малым в зависимости от свойств ИО (см. 1.3).
Отмеченное обстоятельство делает поставленную в работе задачу обеспечения инвариантности результата преобразования к неинформативным (в данном измерительном эксперименте) параметрам исследуемого объекта и, собственно, ЕД, весьма актуальной.
Далее, в целях оптимизации анализа и использования его результатов в практике проектирования и применения ИП, предложено выделить две группы факторов образования погрешности преобразования.
Целесообразность такого разделения обусловлена выраженными особенностями анализа погрешности и мер по их снижению для каждой из групп.
Погрешности этой группы имеют место в любых ИП «емкость - частотно -временной сигнал» (они возникают, например, вследствие нелинейности развертывающего напряжения, нестабильности порога срабатывания компараторов и др.); к этой группе можно отнести также типичные погрешности преобразования «интервал времени - код» [17, 101, 157 и др.].
В образовании погрешностей этой группы и обеспечении точности преобразования решающую роль играет процесс сравнения информативного сигнала с заданными пороговыми уровнями компаратора(-ов). Под информативным понимается сигнал, описываемый выражением вида (2.1).
Рассмотрим влияние выбора величины пороговых уровней на погрешность преобразования. Для анализа целесообразно представить информативный сигнал в наиболее общем виде - как процесс заряда - разряда конденсатора в параллельной RC-цепи, являющейся ЭС ЕД. Информативный сигнал V{t) в реальной ИС с учетом неидеальности узлов ИП может быть представлен в следующем обобщенном виде: V(t) = U1+(U2-U1)\-QxV где Ul и U2 - начальное и конечное значения напряжения на емкости С, К0С - т - постоянная времени заряда (разряда), t - текущее время. Напряжение V(t) сравнивается с пороговыми уровнями V! и V, компараторов; равенствам соответствуют моменты времени tl и t2 (рисунок 3.3).
Подсистема измерения и контроля уровня жидкости в резервуаре
Измерение влагосодержания двухкомпонентных жидкостей типа водомасляных эмульсий (нефти, нефтепродуктов, например, моторных масел) представляет собой весьма актуальную проблему. Причины образования водомасляных эмульсий и наиболее вероятные места их образования в добывающих и трубопроводных системах подробно изложены в литературе [42, 52, 105].
Физика потока двухкомпонентных смесей учитывает существенное различие диэлектрических проницаемостей водомасляных эмульсий как неполярных диэлектриков (Б 3) и воды (Б«81), в связи с чем оказывается целесообразным применение для определения влагосодержания нефтепродуктов диэлькометрического метода с использованием ЕД. При этом, в общем случае, процесс течения двухкомпонентного потока (смеси нефти и воды) является сложным, сопровождается всплыванием глобул масла в объеме воды. Для исследования этих сложных нестационарных процессов используется видеосъемка с оптическими датчиками (фирма Халлибертон, фирма ООО «Геофизсервис») [119, 128]. С учетом выявленных особенностей построен, например, манометрический двухкомпонентный расходомер, работа которого основана на измерении разности плотности потока двухкомпонентной смеси и плотности входящей в него воды. Недостатком является трудность измерения весьма малой разницы давлений (порядка 30-40 Па на длине около Юм). Устранение этого недостатка представляется достаточно сложным. Видимо, в силу обозначенных проблем даже новейшие информационные системы, например, измерительно-вычислительный комплекс АБАК ЗАО ИНЦ «Инкомсистем» [72] предлагаются их разработчиками для работы только с однофазными и однородными по физическим свойствам жидкостями.
Рядом технических условий регламентировано использование для определения влагосодержания продуктов метода Фишера , однако существенные недостатки этого метода - необходимость использования специальных реактивов, высокая трудоемкость, относительно длительное время анализа - делает метод Фишера непригодным для проведения экспресс-анализа влагосодержания продуктов.
Предложен [24] способ мониторинга двухкомпонентных потоков технологических жидкостей водонефтяных эмульсий (например, типа «нефть вода»), основанный на диэлькометрическом методе с использованием ЕД, характеризующихся специально организованной структурно-временной избыточностью за счет дополнительных параллельных и/или последовательных каналов преобразования (обработки) сигналов.
Получение информации о соотношении компонентов водонефтяной эмульсии осуществляется следующим образом. Эмульсия заполняет зазор между обкладками ЕД, выполненного как коаксиальный. Емкость С0 незаполненного коаксиального датчика определяется известным выражением: = gog С (4 13) Ш UI и где б0 - электрическая постоянная; Є = 1 - диэлектрическая проницаемость среды (воздуха); 109 ,А - диаметр соответственно внешнего и внутреннего электродов (обкладок) ЕД ; Сп - паразитная емкость, значение которой зависит от конструкции конкретного датчика.
При заполнении полости датчика водонефтяной эмульсией за счет изменения диэлектрической проницаемости емкость датчика также изменяется. Задача раздельного независимого измерения содержания каждого из компонентов эмульсии решается введением в датчик дополнительных обкладок. Многоэлектронный емкостный датчик (МЕД) может быть изготовлен, например, путем установки металлических пластин на наружной поверхности участка трубы, выполненного из диэлектрического материала (рисунок 4.10). Возможны и другие варианты построения МЕД [104 и др.].