基于微波透射法的含水率测量方法研究

作     者：万丹丹 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾惠芹

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：油水混合液含水率 微波透射法 微波信号源 小型化天线 

摘      要：微波法是一种非侵入式、快速、准确的含水率测量方法,被广泛应用于石油工业和环境保护领域。该方法基于原油与水的介电常数不同,利用微波在物质中传播时的吸收和反射特性,通过测量微波在油水混合液中的传输损耗,推断出油水混合液中的水分含量。本文在研究微波传输理论的基础上,设计了一套油水混合液含水率测量系统。首先,针对微波透射法基本原理对不同含水率油水混合液含在不同频点的衰减情况进行仿真,并结合油水混合液含水率测量系统使用的油管直径以及系统使用的油水混合液含水率测量仪对频率的限制,最终,将系统的最佳测量频率确定在2.45GHz。接着,在此频率下分析了微波透射法油水混合液含水率测量系统,由于小尺寸天线的设计是微波透射法含水率测量系统的关键部件,即要求天线的辐射口径面小于50.30mm管道直径的小尺寸天线。为解决这一难题,一种工作频带为2～6GHz,频带内反射曲线S≤-10d B,且辐射口径面为17×45mm的半切面天线被提出。最后,搭建了微波透射法含水率测试环境,得出了微波透射法含水率与传输系数的关系曲线。仿真结果表明:微波透射法含水率常见范围内变化时,微波透射法含水率的仿真测量满足实验误差需求。为了方便实验的推广,在电路测量系统上使用微波透射法原油含水率进行实验分析,并对实测结果进行了实验误差分析。