RU2791866C1

RU2791866C1 - Device for measuring the position of the interface boundary of two dielectric media in a container

Info

Publication number: RU2791866C1
Application number: RU2022121980A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Совлуков
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2023-03-14

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: measuring equipment for high-precision determination of the position of the interface between two dielectric media located in a container one above the other and forming a flat interface. A device is proposed for measuring the position of the interface between two dielectric media in a container, comprising three segments of a coaxial long line located vertically in a container with controlled media, the lower ends of which are aligned with the bottom of the container, and filled with media in accordance with their location in the container, the segments of the long line are made having terminal horizontal sections of fixed different lengths and the same load reactances at the ends of these horizontal sections, which are intermittently filled with media and emptied when media enter the container and are removed from it, respectively, each segment of the long line is connected to the input of the corresponding electronic unit, the outputs of the electronic units are connected to the corresponding inputs of the functional converter, the output of which is connected to the recorder.

EFFECT: improved measurement accuracy.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения положения границы раздела двух диэлектрических сред, находящихся в какой-либо емкости одна над другой и образующих плоскую границу раздела, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, независимо от значений диэлектрической проницаемости обеих сред.The invention relates to measuring technology and can be used to accurately determine the position of the interface between two dielectric media located in a container one above the other and forming a flat interface, in particular two immiscible liquids with different densities, regardless of the values of the permittivity of both media .

Известны устройства для измерения положения границы раздела двух сред в емкостях, основанные на применении отрезков длинных линий (коаксиальной линии, двухпроводной линии и др.) в качестве чувствительных элементов (Викторов В.А. Резонансный метод измерения уровня. М: Энергия. 1969. 192 с.). Такой отрезок длинной линии размещается вертикально в емкости с контролируемыми средами, образующими в емкости границу раздела. Измеряя какой-либо его информативный параметр, в частности, резонансную частоту электромагнитных колебаний, можно определить положение границы раздела двух сред. Недостатком таких устройств является невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения уровня от электрофизических параметров обеих или одной из сред, образующих границу раздела.Devices are known for measuring the position of the interface between two media in containers, based on the use of segments of long lines (coaxial line, two-wire line, etc.) as sensitive elements (Viktorov V.A. Resonant level measurement method. M: Energy. 1969. 192 With.). Such a segment of a long line is placed vertically in a container with controlled media, which form an interface in the container. By measuring any of its informative parameter, in particular, the resonant frequency of electromagnetic oscillations, it is possible to determine the position of the interface between two media. The disadvantage of such devices is the low measurement accuracy due to the dependence of the level measurement results on the electrical parameters of both or one of the media forming the interface.

Известно также техническое решение (RU 2473056 С1, 20.01.2013), в котором применяют отрезок длинной линии с оконечным горизонтальным участком, располагаемый вертикально отрезок длинной линии, и заполняемый жидкостью в соответствии с ее уровнем в емкости. Горизонтальный участок отрезка длинной линии скачкообразно заполняется жидкостью и опорожняется при соответственно поступлении жидкости в емкость и ее удалении из нее. Возбуждая в отрезке длинной линии электромагнитные колебания на двух разных резонансных частотах, которым соответствуют разные распределения энергии электромагнитного поля вдоль данного отрезка длинной линии, измеряя эти резонансные частоты и производя их совместную функциональную обработку согласно соотношению, соответствующему именно этому техническому решению, можно определить значения уровня жидкости независимо от диэлектрической проницаемости жидкости. Недостатком этого технического решения является невысокая точность измерения при измерении положения границы раздела двух сред с непостоянными значениями электрофизических параметров вышерасположенной среды.A technical solution is also known (RU 2473056 C1, January 20, 2013), in which a long line segment with a terminal horizontal section is used, a long line segment located vertically, and filled with liquid in accordance with its level in the tank. The horizontal section of a segment of a long line is abruptly filled with liquid and emptied when, respectively, the liquid enters the container and is removed from it. Exciting electromagnetic oscillations in a segment of a long line at two different resonant frequencies, which correspond to different distributions of the energy of the electromagnetic field along a given segment of a long line, measuring these resonant frequencies and performing their joint functional processing according to the ratio corresponding to this particular technical solution, it is possible to determine the values of the liquid level regardless of the dielectric constant of the liquid. The disadvantage of this technical solution is the low measurement accuracy when measuring the position of the interface between two media with variable values of the electrical parameters of the upstream medium.

Известно также техническое решение (RU 2774218, 16.06.2022), содержащее описание устройства, которое по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому устройству и принято в качестве прототипа. Это устройство-прототип содержит три располагаемые вертикально в емкости с контролируемой жидкостью отрезка длинной линии, нижние концы которых совмещены с дном емкости, и заполняемые средами в соответствии с их расположением в емкости, отрезки длинной линии выполнены имеющими оконечные горизонтальные участки фиксированной разной длины и одинаковые нагрузочные реактивные сопротивления на концах этих горизонтальных участков, скачкообразно заполняемых средами и опорожняемых при, соответственно, поступлении сред в емкость и их удалении из нее, каждый отрезок длинной линии подключен ко входу соответствующего электронного блока, выходы электронных блоков подсоединены к соответствующим входам функционального преобразователя, выход которого соединен с регистратором.A technical solution is also known (RU 2774218, 06/16/2022), containing a description of the device, which, in technical essence, is the closest to the proposed device and is taken as a prototype. This prototype device contains three segments of a long line located vertically in a container with a controlled liquid, the lower ends of which are aligned with the bottom of the container, and filled with media in accordance with their location in the container, the segments of the long line are made having terminal horizontal sections of a fixed different length and the same load reactive resistances at the ends of these horizontal sections, which are abruptly filled with media and emptied when media enters the container and are removed from it, respectively, each segment of a long line is connected to the input of the corresponding electronic unit, the outputs of the electronic units are connected to the corresponding inputs of the functional converter, the output of which connected to the registrar.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, обусловленная расположением трех отрезков длинной линии в разных областях емкости с контролируемыми средами. В этих областях значения диэлектрической проницаемости соответствующих сред, образующих границу раздела, могут отличаться. Это приводит к снижении точности измерения положения границы раздела сред, так как величина информативного параметра каждого отрезка длинной линии (резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка длинной линии) зависит как от положения границы раздела сред, так и от значений диэлектрической проницаемости сред.The disadvantage of this device is the low measurement accuracy due to the location of three segments of a long line in different areas of the container with controlled media. In these regions, the values of the permittivity of the respective media forming the interface may differ. This leads to a decrease in the accuracy of measuring the position of the interface between media, since the value of the informative parameter of each segment of a long line (the resonant frequency of electromagnetic oscillations of a segment of a long line) depends both on the position of the interface between the media and on the values of the dielectric constant of the media.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения положения границы раздела двух диэлектрических сред в емкости, содержащем три располагаемые вертикально в емкости с контролируемыми средами отрезка коаксиальной длинной линии, нижние концы которых совмещены с дном емкости, и заполняемые средами в соответствии с их расположением в емкости, отрезки длинной линии выполнены имеющими оконечные горизонтальные участки фиксированной разной длины и одинаковые нагрузочные реактивные сопротивления на концах этих горизонтальных участков, скачкообразно заполняемых средами и опорожняемых при, соответственно, поступлении сред в емкость и их удалении из нее, каждый отрезок длинной линии подключен ко входу соответствующего электронного блока, выходы электронных блоков подсоединены к соответствующим входам функционального преобразователя, выход которого соединен с регистратором, отрезки коаксиальной длинной линии выполнены в виде совокупности соосно расположенных внутреннего и трех полых цилиндрических проводников, при этом первый отрезок коаксиальной длинной линии образован внутренним проводником и внутренней поверхностью внутреннего цилиндрического проводника, второй отрезок коаксиальной длинной линии образован наружной поверхностью внутреннего цилиндрического проводника и внутренней поверхностью среднего цилиндрического проводника, а третий отрезок коаксиальной длинной линии образован наружной поверхностью среднего цилиндрического проводника и внутренней поверхностью внешнего цилиндрического проводника.The technical result is achieved by the fact that in a device for measuring the position of the interface between two dielectric media in a container containing three segments of a coaxial long line located vertically in a container with controlled media, the lower ends of which are aligned with the bottom of the container, and filled with media in accordance with their location in containers, segments of a long line are made with terminal horizontal sections of fixed different lengths and the same load reactive resistances at the ends of these horizontal sections, which are abruptly filled with media and emptied when media enter the container and are removed from it, respectively, each segment of the long line is connected to the input of the corresponding electronic unit, the outputs of the electronic units are connected to the corresponding inputs of the functional converter, the output of which is connected to the registrar, the segments of the coaxial long line are made in the form of a set of coaxially located internal and three of long cylindrical conductors, wherein the first segment of the coaxial long line is formed by the inner conductor and the inner surface of the inner cylindrical conductor, the second segment of the coaxial long line is formed by the outer surface of the inner cylindrical conductor and the inner surface of the middle cylindrical conductor, and the third segment of the coaxial long line is formed by the outer surface of the middle cylindrical conductor and the inner surface of the outer cylindrical conductor.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.The proposed device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена схема устройства.In FIG. 1 shows a diagram of the device.

На фиг. 2 приведены графики зависимостей резонансных частот отрезков длинной линии от положения границы раздела двух диэлектрических сред.In FIG. 2 shows graphs of the dependences of the resonant frequencies of segments of a long line on the position of the interface between two dielectric media.

Здесь показаны контролируемые среды 1 и 2, отрезки коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5, внутренний проводник 6, внутренний цилиндрический проводник 7, средний цилиндрический проводник 8, внешний цилиндрический проводник 9, линии связи 10, 11 и 12, электронные блоки 13, 14 и 15, функциональный преобразователь 16, регистратор 17.Shown here are controlled media 1 and 2, long coaxial line segments 3, 4 and 5, inner conductor 6, inner cylindrical conductor 7, middle cylindrical conductor 8, outer cylindrical conductor 9, communication lines 10, 11 and 12, electronic units 13, 14 and 15, functional converter 16, registrar 17.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В емкости, содержащей расположенные одна над другой диэлектрические среды 1 и 2, образующие границу раздела, размещают вертикально три отрезка коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5 (фиг. 1). Они имеют оконечные горизонтальные участки фиксированной разной длины z₀₁, z₀₂ и z₀₃, соответственно, и одинаковые нагрузочные реактивные сопротивления на концах этих горизонтальных участков. Отрезок длинной линии 3 образован совокупностью внутреннего проводника 6 и внутренней поверхностью внутреннего цилиндрического проводника 7. Отрезок длинной линии 4 образован совокупностью наружной поверхности внутреннего цилиндрического проводника 7 и внутренней поверхности среднего цилиндрического проводника 8. Отрезок длинной линии 5 образован совокупностью наружной поверхности среднего цилиндрического проводника 8 и внутренней поверхности внешнего цилиндрического проводника 9.In a container containing one above the other dielectric media 1 and 2, forming the interface, place vertically three segments of the coaxial long line 3, 4 and 5 (Fig. 1). They have terminal horizontal sections of fixed different lengths z ₀₁ , z ₀₂ and z ₀₃ , respectively, and the same load reactances at the ends of these horizontal sections. The long line segment 3 is formed by the combination of the inner conductor 6 and the inner surface of the inner cylindrical conductor 7. The long line segment 4 is formed by the combination of the outer surface of the inner cylindrical conductor 7 and the inner surface of the middle cylindrical conductor 8. The long line segment 5 is formed by the combination of the outer surface of the middle cylindrical conductor 8 and inner surface of the outer cylindrical conductor 9.

В каждом из отрезков длинной линии 3, 4 и 5, являющихся резонаторами, возбуждают электромагнитные колебания и измеряют резонансную частоту электромагнитных колебаний. В этих отрезках длинной линии, имеющих одинаковые нагрузочные реактивные сопротивления на их нижних концах и разные значения длины их горизонтальных участков, имеет место разное распределение напряженности поля стоячей электромагнитной волны вдоль них, в том числе вдоль вертикальной части длины каждого из них. Такое отличие обеспечивает отличие друг от друга трех зависимостей соответствующих резонансных частот электромагнитных колебаний отрезков длинной линии от координаты z границы раздела двух сред. При этом, за счет наличия горизонтальных участков у всех трех отрезков длинной линии, отсутствует неопределенность результатов измерения значения z при его нулевом и близких к нему значениям при соответствующем, присущим известному способу (RU 2774218, 16.06.2022), совместном функциональном преобразовании резонансных частот трех отрезков длинной линии.In each of the long line segments 3, 4 and 5, which are resonators, electromagnetic oscillations are excited and the resonant frequency of electromagnetic oscillations is measured. In these segments of a long line, having the same load reactances at their lower ends and different lengths of their horizontal sections, there is a different distribution of the field strength of a standing electromagnetic wave along them, including along the vertical part of the length of each of them. This difference ensures the difference from each other of the three dependences of the corresponding resonant frequencies of electromagnetic oscillations of long line segments on the z coordinate of the interface between two media. At the same time, due to the presence of horizontal sections for all three segments of a long line, there is no uncertainty in the results of measuring the value of z at its zero and close to it values with the corresponding inherent in the known method (RU 2774218, 16.06.2022), joint functional transformation of the resonant frequencies of three long line segments.

Каждый из отрезков коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5 может быть выполнен короткозамкнутым на его верхнем конце (в этом случае реактивное сопротивление нагрузки равно нулю) и разомкнутым на нижнем конце, то есть на конце его горизонтального участка (фиг. 1). При этом отрезки длинной линии 3, 4 и 5 являются четвертьволновыми резонаторами, то есть вдоль каждого из них укладывается четверть длины стоячей электромагнитной волны. На верхнем конце каждого отрезка длинной линии, короткозамкнутого на верхнем конце и разомкнутого на нижнем конце, напряженность электрического поля стоячей волны равна нулю, имея максимальное значение на нижнем конце отрезка длинной линии. При этом горизонтальные участки соответствующих отрезков длинной линии 3, 4 и 5 скачкообразно заполняются контролируемой средой и опорожняются при, соответственно, поступлении сред в емкость и их удалении из емкости.Each of the segments of the coaxial long line 3, 4 and 5 can be made short-circuited at its upper end (in this case, the load reactance is zero) and open at the lower end, that is, at the end of its horizontal section (Fig. 1). In this case, long line segments 3, 4 and 5 are quarter-wave resonators, that is, a quarter of the length of a standing electromagnetic wave is laid along each of them. At the upper end of each long line segment, short-circuited at the upper end and open at the lower end, the electric field strength of the standing wave is zero, having a maximum value at the lower end of the long line segment. In this case, the horizontal sections of the corresponding segments of the long line 3, 4 and 5 are abruptly filled with a controlled medium and emptied when, respectively, the media enter the container and are removed from the container.

В отрезках длинной линии 3 и 4 и 5 с применением линий связи 12, 11 и 10, соответственно, с помощью высокочастотных генераторов, входящих в состав электронных блоков 15, 14 и 13, соответственно, возбуждают электромагнитные колебания основного ТЕМ-типа на резонансных частотах ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃, соответственно. В этих же электронных блоках осуществляют также измерение соответствующих резонансных частот ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃. Выходы электронных блоков 15, 14 и 13 подсоединены ко входу функционального преобразователя 16, где осуществляют совместное функциональное преобразование ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃ с целью определения положения границы раздела двух сред 1 и 2 в емкости независимо от значений диэлектрической проницаемости обеих сред 1 и 2. С выхода функционального преобразователя 16 данные о текущем значении положения границы раздела двух сред 1 и 2 поступают в регистратор 17.In segments of a long line 3 and 4 and 5 using communication lines 12, 11 and 10, respectively, with the help of high-frequency generators that are part of the electronic units 15, 14 and 13, respectively, electromagnetic oscillations of the main TEM type are excited at resonant frequencies ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ , respectively. In the same electronic units, the corresponding resonant frequencies ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ are also measured. The outputs of the electronic units 15, 14 and 13 are connected to the input of the functional converter 16, where a joint functional transformation ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ is carried out in order to determine the position of the interface between two media 1 and 2 in the tank, regardless of the values of the dielectric constant of both media 1 and 2. From the output of the functional converter 16, data on the current value of the position of the interface between two media 1 and 2 are sent to the recorder 17.

В функциональном преобразователе 16 осуществляют совместное функциональное преобразование ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃ согласно соотношениюIn the functional converter 16, a joint functional transformation of ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ is carried out according to the relation

(RU 2774218, 16.06.2022), позволяя определить положение (координату z) границы раздела двух сред 1 и 2 в емкости независимо от значений диэлектрической проницаемости ε₁ и ε₂ нижерасположенной и вышерасположенной сред 1 и 2, соответственно. Здесь

- начальные, в отсутствие обеих сред в емкости, значения ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃, соответственно;

(RU 2774218, 06/16/2022), allowing you to determine the position (z-coordinate) of the interface between two

media

1 and 2 in the tank, regardless of the values of the permittivity ε ₁ and ε ₂ of the underlying and

superior media

1 and 2, respectively. Here

- initial, in the absence of both media in the tank, the values of ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ , respectively;

U(ξ) - напряжение в точке с координатой ξ отрезка длинной линии 3, 4 и 5, возбуждаемого на резонансной частоте ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃, соответственно;

- длина каждого отрезка длинной линии 3, 4 и 5 (вертикальной части каждого отрезка длинной линии); z₀₁, z₀₂ и z₀₃ - значения фиксированной длины горизонтального участка соответствующего отрезка длинной линии 3, 4 и 5. Это соотношение является инвариантным по отношению к ε₁ и ε₂. В любой малой окрестности значения z=0 функция Α(z) имеет конечное значение, обеспечивая высокую точность измерения при любых значениях координаты z, включая ее малые, вблизи нуля, значения.

U(ξ) - voltage at the point with coordinate ξ of the long line segment 3, 4 and 5, excited at the resonant frequency ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ , respectively;

- the length of each segment of the long line 3, 4 and 5 (the vertical part of each segment of the long line); z ₀₁ , z ₀₂ and z ₀₃ are the values of the fixed length of the horizontal section of the corresponding segment of the long line 3, 4 and 5. This relation is invariant with respect to ε ₁ and ε ₂ . In any small neighborhood of the value z=0, the function Α(z) has a finite value, providing high measurement accuracy for any values of the z coordinate, including its small values near zero.

Отрезки коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5 являются высокочастотными резонаторами с электромагнитными колебаниями основного типа ТЕМ. Резонансные частоты ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃ соответствующих резонаторов служат информативными параметрами (зависимости ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃ от координаты z границы раздела сред в емкости) соответствующих измерительных каналов рассматриваемого устройства. Обычно значения ƒ₁, ƒ₂ и ƒ₃ находятся в диапазоне частот ~ 1÷100 МГц при изменении z от его нулевого значения до значения, соответствующего полному заполнению емкости.Segments of the coaxial long line 3, 4 and 5 are high-frequency resonators with electromagnetic oscillations of the main type TEM. The resonant frequencies ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ of the corresponding resonators serve as informative parameters (dependences ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ on the z coordinate of the interface between the media in the tank) of the corresponding measuring channels of the considered device. Usually the values ƒ ₁ , ƒ ₂ and ƒ ₃ are in the frequency range ~ 1÷100 MHz when z changes from its zero value to the value corresponding to the full filling of the tank.

Высокочастотные токи, протекающие по проводникам отрезков длинной линии, занимают, вследствие скин-эффекта, лишь малый поверхностный слой проводника с той его стороны, где есть электромагнитное поле. В диапазоне рабочих частот (~ 1÷100 МГц) рассматриваемых измерительных каналов толщина скин-слоя весьма мала.High-frequency currents flowing through the conductors of long line segments, due to the skin effect, occupy only a small surface layer of the conductor on the side where there is an electromagnetic field. In the operating frequency range (~ 1÷100 MHz) of the considered measuring channels, the thickness of the skin layer is very small.

Поэтому высокочастотные токи, протекающие по внешней и внутренней поверхностям каждого из цилиндрических проводников 7, 8 и 9, разделены и не влияют друг на друга; возбуждаемые высокочастотные электромагнитные колебания и соответствующие им резонансные явления в отрезках коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5 являются независимыми. Возбуждение и съем электромагнитных колебаний в отрезках коаксиальной длинной линии 3, 4 и 5, можно осуществлять у их короткозамкнутых верхних концов (фиг. 1), где имеется максимум напряженности магнитного поля стоячей волны; при этом связь по магнитному полю можно осуществлять с помощью индуктивных элементов связи (петель).Therefore, the high-frequency currents flowing through the outer and inner surfaces of each of the cylindrical conductors 7, 8 and 9 are separated and do not affect each other; excited high-frequency electromagnetic oscillations and their corresponding resonant phenomena in segments of the coaxial long line 3, 4 and 5 are independent. The excitation and removal of electromagnetic oscillations in segments of the coaxial long line 3, 4 and 5 can be carried out at their short-circuited upper ends (Fig. 1), where there is a maximum strength of the magnetic field of the standing wave; in this case, magnetic field coupling can be carried out using inductive coupling elements (loops).

На фиг. 2 приведены (качественно) графики зависимостей

от

(линии 1, 2 и 3, соответственно). Как видно на фиг. 2,

имеют разные значения вблизи z=0; при z=0 имеет место скачкообразное изменение этих значений вследствие заполнения горизонтальных участков отрезков длинной линии. Практически же при весьма малых значениях z имеет место существенное отличие значений

In FIG. 2 shows (qualitatively) dependency graphs

from

(

lines

1, 2 and 3, respectively). As seen in FIG. 2,

have different values near z=0; at z=0, there is an abrupt change in these values due to the filling of the horizontal sections of the long line segments. In practice, for very small values of z, there is a significant difference between the values

Поскольку в данном устройстве три отрезка длинной линии расположены в одной и той же области емкости с контролируемыми средами, то и значения диэлектрической проницаемости соответствующих сред, образующих границу раздела, одни и те же в рассматриваемых трех измерительных каналах устройства. Данное устройство позволяет определять положение границы раздела двух диэлектрических сред в емкости с высокой точностью, независимо от значений диэлектрической проницаемости обеих сред.Since in this device three segments of a long line are located in the same region of the container with controlled media, then the values of the permittivity of the corresponding media forming the interface are the same in the considered three measuring channels of the device. This device allows you to determine the position of the interface between two dielectric media in a container with high accuracy, regardless of the values of the dielectric constant of both media.

Claims

A device for measuring the position of the interface between two dielectric media in a container, containing three segments of a coaxial long line located vertically in a container with controlled media, the lower ends of which are aligned with the bottom of the container, and filled with media in accordance with their location in the container, the segments of the long line are made having terminal horizontal sections of fixed different lengths and the same load reactances at the ends of these horizontal sections, which are filled with media abruptly and emptied when, respectively, the media enter the tank and are removed from it, each segment of the long line is connected to the input of the corresponding electronic unit, the outputs of the electronic units connected to the corresponding inputs of the functional converter, the output of which is connected to the registrar, characterized in that the segments of the coaxial long line are made in the form of a set of coaxially located internal and three hollow cylindrical wires alone, wherein the first segment of the coaxial long line is formed by the inner conductor and the inner surface of the inner cylindrical conductor, the second segment of the coaxial long line is formed by the outer surface of the inner cylindrical conductor and the inner surface of the middle cylindrical conductor, and the third segment of the coaxial long line is formed by the outer surface of the middle cylindrical conductor and inner surface of the outer cylindrical conductor.