Development of Mathematical Model of Two-channel Microwave Measuring Converter of the Humidity of Natural Gas

Abstract

Обґрунтовано вибір хвилеводного надвисокочастотного методу вимірювання вологості природного газу, в якому на відміну від відомих, запропоновано використання біжучої хвилі у хвилеводі, при цьому оцінюються зміни діелектричних властивостей газів у разі їхньої взаємодії з хвилями НВЧ діапазону. Запропоновано математичну модель НВЧ вимірювального перетворення вологості природного газу, суть якого полягає у поглинанні НВЧ сигналу, а отжевимірюванні потужності цього сигналу на виході хвилеводу у разі зміни вологості газу шляхом використання біжучої хвилі. Отримано функцію перетворення та теоретичну залежність, яка свідчить про високу чутливість. Проведено дослідження залежності потужності біжучої хвилі від абсолютної вологості водяної пари за різних значень довжини проходження НВЧ сигналу у вологому середовищі з урахуванням температури та тиску. На основі проведених досліджень запропоновано двоканальний НВЧ вимірювальний перетворювач вологості природного газу та його математичну модель, яка враховує значення діелектричної проникності газу вимірювального та опорного каналів, а також значення температури та тиску природного газу вимірювального каналу. Проведено дослідження, які показали, що наявність опорного каналу дозволило підвищити точність вимірювання, оскільки двоканальна система, на відміну від одноканальної, нівелює нестабільність значення вхідного сигналу, поданого генератором. Описано принцип роботи двоканального НВЧ вимірювального перетворювача вологості природного газу, який містить НВЧ генератор, атенюатор, хвилеводний трійник, хвилеводну секцію порівняння, датчик температури та тиску, комутатор порівняльного каналу, вимірювальну кювету, підсилювач, індикаторний пристрій. Результати досліджень дають можливість підтвердити перспективність практичного застосування вимірювання вологості природного газу засобами, основаними на НВЧ методі біжучої хвилі. Ключові слова: вологість, природний газ, хвилеводний НВЧ метод, біжуча хвиля, двоканальний вимірювальний перетворювач вологості природного газу.

Development of a mathematical model of measuring control device of natural gas humidity

“…In [5], the choice of the microwave method for measuring the humidity of natural gas was justified, in which, in contrast to the known methods, the use of a traveling wave in a waveguide is proposed. In this case, changes in the dielectric properties of gases during their interaction with microwave waves are estimated.…”

“…The essence of the microwave measurement conversion of natural gas moisture is to absorb the microwave signal, and therefore measure the power of this signal at the output of the waveguide when the humidity of the gas changes by using a traveling wave. The authors proposed a mathematical model of such a microwave measuring conversion of natural gas moisture [5]. The conducted studies of the dependence of the traveling wave power on the absolute TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES -№ 2/1(52), 2020 ISSN 2664-9969 humidity of water vapor at various values of the microwave signal transmission length in a humid environment, taking into account temperature and pressure.…”

“…In the moisture measurement transformation, based on the use of the traveling waveguide microwave method, the attenuation is measured, which occurs when the HFEW passes through the gas medium depending on its dielectric constant according to [5,6] K e a L 4 = − ⋅ , then the HFEW power at the output of the comparison cuvette:…”

Experimental Study of Natural Gas Humidity Control Device

“…The authors propose a mathematical model of an ultrahigh frequency transmitter humidity natural gas. A detailed explanation of the mathematical model is given in [5,7,10]. Research based on the power of a traveling wave from the absolute humidity of water vapor at different values of the length of the passage of the ultrahigh frequency signal in a humid environment subject to temperature and pressure is conducted.…”

“…A NGHCD is double-channeled and consists of an ultrahigh frequency generator 1, an attenuator 2, a tee waveguide 3, the waveguide comparison section (comparative cell) 4, temperature sensors 5 and 9, the switch of the comparative channel 6, the pressure sensor measuring the waveguide section 7, the waveguide measuring section (measuring cell) 8, the switch of the measuring channel 10, attenuator measuring channel and channel comparison of 11 and 13, respectively, of the waveguide tee 12, the diode section 14, the agreed load 15, an amplifier 16, a microprocessor 17, an ADC 18, an indicator device 19, and an output port 20 [5,17].…”