Устройство для измерения влажности нефти и нефтепродуктов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В 3трубопроводах, содержащее емкостный измерительный датчик, подключенный к измерительному мосту, первый Iекератор низкой частоты и первый генератор высокой частоты., функциойальный преобразователь, о т л и чающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения влажности , в него введены второй генератор низкой частоты, второй генератор высокой частоты, сумматор и четыре суммирующих устройства, трансформатор, образцовый конденсатор емкостный компенсационный датчик , три усилителя, три образцовых резистора, включенных в цепи обратных связей усилителей, четыре управляемых делителя напряжения, четыре блока полосовых фильтров, два блока деления, шесть вычитающих устройств. и четыре устройства уравновешивания, причем выходы четырех генераторов сияусоидальных колебаний высоких и низких частот через сумматор подключены к первичной обмотке трансформатора , а три вторичные обмотки трансформатора одними концами соответственно через емкостный измерительный датчик, образцовый конденсатор и ем Крстный компенсационный датчик заземлены , другие концы этих обмоток соединены с входами соответственно пбрвого , второго и третьего илителей,входы первого и третьего усилителей соединены соответственно с первым и четвертым блоками попосовых фильтров , а также через управляемые делители напряжения присоединены к первым входам четырех суммирующих устройств , а выход второго усилителя подключен к вторым входам четырех суммирующих устройств, при этом вы-, ходы первого и второго суммирующих « устройств соединены с вторым блоком полосовых фильтров, а выходы третьего и четвертого суммирующих устройств - с третьим блоком полосовыз : фильтров, причем выходы первых двух блоков полосовых фильтров подключены к входам-первого блока деления, а выходы третьего и четвертого СО ков полоссэвых фильтров - к входам второго блока деления, выходы пеового блока деления присоединены к первым трем вычитающим устройствам , а выходы второго блока.деле« ния - к четвертому, пятому и шестому вычитающих устройствам, при этом выходы первого, третьего, четвёртого 4 и шестого вычитающих устройств через устройства уравновешивания соответственно подключены к управляющим входам четырех управляемых делителей напряжения, а выходы второго и пятого вычитающих устройств соединены с входами функционального преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 С 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3474566/18-25 (22) 23.07.82 (46) 15.02.84. Бюл. Р 6 (72) В.Г.Плотников, Г.A.Øòàìáåðãeð, Ю.В.Грош и Х.М.Турчак (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (53) 620.171.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 787975, кл. 5 01 М 27/22, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 914989, кл. G 01 H 27/22, 1978 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

fh:трубопроводах, содержащее емкостный измерительный датчик, подключенный к измерительному мосту, первый

-енератор низкой частоты и первый

=енератор высокой частоты, функциональный преобразователь, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения влажности, в него введены второй генератор низкой частоты, второй генератор высокой частоты, сумматор и четыре суммирукщих устройства, трансформатор, образцовый конденсатор, емкостный компенсационный датчик, три усилителя, три образцовых резистора, включенных в цепи обратных связей усилителей, четыре управляемых делителя напряжения, четыре блока полосовых фильтров, два блока деления, шесть вычитающих устройств и четыре устройства уравновешивания, причем выходы четырех генераторов синусоидальных колебаний высоких и низких частот через сумматор подключены к первичной обмотке трансформатора, а три вторичные обмотки трансÄÄSUÄÄ 1073677 A форматора одними концами соответственно через емкостный измерительный датчик, образцовый конденсатор и емкЬстйый компенсационный датчик заземлены, другие концы этих обмоток соединены с входами соответственно первого, второго и третьего усилителей; входы первого и третьего усилителей соединены соответственно с первым и четвертым блоками поаосовых фильтров, а также через управляемые делители напряжения присоединены к первым входам четырех суммирующих устройств, а выход второго усилителя подключен к вторым входам четырех суммирующих устройств, при этом выходы первого и второго суммирущцих щ устройств соединены с вторым блоком полосовых фильтров, а выходы третьего и четвертого суммирующих уст,ройств — с третьим блоком полосовыХ фильтров, причем выходы первых двух блоков полосовых фильтров подключены к входам первого блока деления, а выходы третьего и четвертого блоков полосовых фильтров — к входам второго блока деления, выходы пеового блока деления прйсоединены к первым трем вычитающим устройствам, а выходы второго блока деления - к четвертому, пятому и шестому вычитающих устройствам, при этом выходы первого, третьего, четвертого и шестого вычитающих устройств через устройства уравновешивания соответственно подключены к управляющим входам четырех управляемых делителей напряжения, а выходы второго и пятого вычитакщих устройств соединены с входами функционального преобразователя

1073á77

Поставленная цель достигаетсе тем, что, в устройство для измерения влажности нефти и нефтепродуктов в трубопроводах, содержащее емкостньтй измерительный датчик, подключенный к измерительному мосту, первый генератор низкой частоты и первый генератор высокой частоты, функциональный преобразователь, введены второй гечератор высокой частоты,. сумматор и четыре суммирующих устройства,,трансформатор, Образцовый конденсатор, емкостный компенсацион= ный датчик., три усилителя, три образцовых резистора, включенных в цепи Обратных связей усилителей, четыре управляемых делителя напря= жения, четыре блока полосовых фильтров, два блока деления, шесть вычитающих устройств и четь|ре устройст ва уравновешивания, причем выходы четырех, генераторов синусоидальных колебаний высоких и низких час от через сумматор подключены к первичной обмотке трансформатора, а три вторичные обмотки трансформатора одними концами соответственно через емкостный измерительный датчик, образцовый конденсатор и емкостный. компенсационный датчик заземлены., ДРУгие концЫ этих обмотОк СОЕДИНЕНЫ с входами соответственно первого, второго и третьего усилителей, выходы первого и третьего усилителей соединены соответственно с первым -= четвертым блоками полосовых фильтров. а также через управляемые делители напряжения присоединены к первым вх-..-дам четырех суммирующйх устройств„ а выход второго усилителя подключен к вторым входам четырех суммирукщих устройств, при этом выходы первого и второго суммирующих устройств соеИзобретение относится к измерйтельной технике и может быть использовано при контроле и измерении влажности нефти, водонефтяных эмульсий и других веществ, обладающих как повышенной адгезией, так и изменением ди электрической проницаемости самого изменяемого продукта (например, сорта нефти), в химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее емкостный первичный преобразователь влажности, основной реверсивный электродвигатель и регистрирующий прибор, блок тестовых сигналов, состоящий из последо- 15 вательно соединенных генератора коротких экспоненциальных импульсов, управляемого делителя напряжения и усилителя, в обратной связи которого последовательно с сопротивлением включен конденсатор, а в обратной связи — преобразователь влажности, четыре компаратора, два одновибратора, электродвигатель, причем блок тестовых сигналов и введенный усилитель соединены между собой последовательно, выход усилителя соединен с входами четырех компараторов, а выходы первых двух компараторов через одновибраторы соединены с первым блоком логической обработки сигналов, выходы третьего и четвертого компаратора соединены с вторым блоком логической обработки сигналов Г1 3.

Недостатком указанного устройства является его ограниченное применение для измерения малых значений влажности нз-за трудностей получения качественных эксноненциальных импульсов с малыми постоянными време- 40 ни. Кроме того, Устройство сложно в настройке, необходимо очень точно устанавливать пороговые .уровни сра-, атывания четырех компараторов. При измерении малых значений влажности 45 возникает значительная дополнительная погрешность из-за влияния изменения собственной диэлектрической проницаемости контролируемого вещества. 50

Иаиболее близким к предлагаемому является бесконтактный влагомер, содержащий емкостный измерительный преобразователь, подключенный к измерительному мОсту низкой частоты иераторы низкой и вь1сокой частот, функциональный преобразователь (23.

Недостатком известного влагомера является низкая точность измерения из-за влияния на показания прибора 60 изменения сортности контролируемого материала с разной диэлектрической проницаемостью, Кроме того, в схеме замещения преобразователя не е учитывается ни сопротивление HoJIHpHзационных потерь, ни релаксационная емкость поляризации, что также снижает точность измерения. При малых влажностях контролируемого материала для уменьшения проводимости емкости материала на два-три порядка по сравнению с активной проводимостью материала необходимо значительно уменьшить частоту низкочастотного сигнала, что снижает быстродействие влагомера.

Цель изобретения — повышение точности измерения влажности при исключении влияния на результат измерения изменения диэлектрической проницаемости самого контролируемого продукта (например,:.сорта нефти), исключении влияния загрязнения (датчиков) электродов первичных измерительных преобразователей на результат измерения, а также при расширении пределов измерения влажности в сторону меньших значений и при росте быстродействия измерения.

1073677 динены с вторым блоком полосовых фильтров, а выходы третьего и четвертого суммирующих устройств — с третьим блоком полосовых фильтров, причем выходы первых двух блоков полосовых фильтров подключены к входам первого блока деления, а выходы третьего и четвертого блоков полосовых фильтров — к входам второго блока деления, выходы первого блока деления присоединены к первым трем вычитающим устройствам, а выходы второго блока деления — к четвертому, пятому и шестому вычитакщим устрой-. ствам, при этом выходы первого, тре-тьего, четвертого и шестого вычитаю- l5 щих устройств через устройства уравновешивания соответственно подключены к управляющим входам четырех управляемых делителей напряжения, а выходы второго и пятого вычитающих gp устройств соединены с входами функционального преобразователя.

Йа.-фиг. 1 показана фукнциональная схема устройства для измерения влажности нефти и нефтепродуктов в трубопроводах; на фиг. 2 à, б, в — варйанты схем замещения емкостных дат- . чиков влажности.

Устройство содержит (фиг. 1) четыре генератора 1-4 синусоидальных ко-—

30 лебаний, сумматор 5, трансформатор 6, емкостный измерительный датчик 7, образцойый конденсатор 8, емкостный компенсационный датчик 9, три усилителя 10-12, три образцовых резистора 13-15, четыре устройства 1 6-19 суммирования, четыре управляемых делителя 20-23 напряжения, -. "=тыре блока полосовых фильтров 24-27, два блока 28 и "9 деления, функциональный преобразователь 30, шесть 4О вычитакщих устройств 31-36 и четыре устройства 37-40 уравновешивания.

Все узлы квазиуравновешенного моста выполняются на серийных элементах аналоговой и цифровой техники. 45

Устройство работает следующимобразом.

Синусоидальные напряжения с гене раторов 1-4 суммируютбя сумматором 5 и поступают на первичную обмотку трансформатора б. Три вторичные обмотки трансформатора 6 включены таким образом, что напряжения на датчики 7, 9 и конденсатор 8 поступа ют в противофазе. Ток, протекающий через эти объекты (7, 8, 9) соот ветственно преобразуется в напряжение усилителями 10 — 12, в цепях отрицательных обратных связей которых включены соответственно образцовые резисторы 13 — 15. Напряжение с выхода усилителя 11 суммируется с выходным напряжением усилитея ля 12 через управляемые делители 21 и 23 напряжения на устройствах 17 65 и 19 суммирования. Кроме того, напряжение с выхода усилителя 12 через управляемые делители 20 и 22 напряжения суммируются с выходным напряжением усилителя 10 на устройств вах 16 и 18 суммирования. Одновременно напряжения с выхода усилителей 10 и 12 поступают соответственно на блоки 24 и 27 полосовых фильтр ров, где происходит выделение напряжений тех частот, что и частота генераторов 1-4. Напряжения с выходов суммирующих устройств 16 — 19 поступают соответственно на блоки 25 и 26 полосовых фильтров, где происходит выделение напряжений с частотами, соответствукщими частотам генераторов 1-4 . Блоки 2 8 и 29 деления производят деление напряжений (модулей напряжений) с выходов блокожвполосовых фильтров, причем делятся напряжения одинаковых частот. Результат деления напряжений, соответствующих частоте генератора 1, в виде сигналов поступают с выхода блоков 28 и 29 соответственно на первый вход вычитакщих устройств 31 и 34. Резуль тат деления напряжений, соответствующий частотам генераторов 2, 3 и 4 в виде сигнала поступает соответствеино на второй вход вычитающих устройств 31, 34 и на первый вход устройств 32, 35, на второй вход устройств 32, 35 и на первый вход устройств 33, 36, на второй вход устройств 33 и на второй вход устройства 36. Сигналы с выходов вычитающих устройств 31, 33, 34, 36 посредством устройств 37 — 40 уравновешивания изменяют коэффициенты управляемых делителей 22, 20, 21 и 23 напряжения до тех пор, пока значения сигналов на выходе этих вычитающих устройств не будут равняться нулю.

Уравновешивание во всех четырех контурах регулирования происходит независимо и одновременно, что позволяет ускорить процесс уравновешивания мостовой цепи. После автоматического приведения моста к состоянию квазиравновесия значение сигнала на выходе функционального преобразователя (делителя) 30 пропорциональнб влажности нефти или нефтепродуктов, протекающих через полость емкостного измерительного датчика 7.

Квазиуравновешенный мост для измереиия влажности нефти и нефтепродуктов на потоке содержит два бесконтактных емкостных датчика 7 и 9, эквивалентная схема которых (фиг. 2, а) представлена конденсатором 41 с емкостью С, обусловленной диэлектрическими свойствами изолирующих стенок датчика между внешними электродами и контролируемой жидкостью (во влагомерах непре1073677 образцовому конденсатору 8, тогда на вход усилителей 10 и 11 течет соответственно ток 31р и 3„„, причем

71о-, 3.ц--uo РС, где, и С о

5 сооФЬетственно сопротивление. преобразователя 7 и емкость конденсатора 8, а P=-jw, Поскольку ток в цепях обратных связей усилителей равен току во входных цепях, при равенстве сопротивлений резисторов 13 и 14 значению Р„, напряжения на выходе усилителей соответственно равны где с =с+с, Ь ч, ррс 15

U „= - о„P

10 01 L1

Яапряжение на выходе суммирующего устройства 16 равно

U @,„к (йс где К о — коэффициент передачи управляемого делителя 20 напряжения.

Напряжения 01о и 0 поступают соответственно на блоки полосовых фильтров 24 и 25, где выделяются напряжения с частотой .ы.(. Таким образом фильтрами 24 и 25 выделяются напряжения с частотой

Блок 28 производит деление модулей напряжений соответствукщих частот, . 35 и результаты деления поступают на входы вычитающего устройства 31 (фиг. 1), полученная разность Ь, поступает на устройство 37 уравновешивания, которое изменяет коэффициент 40 передачи управляемого делителя 20 напряжения до тех пор, пока разность

Ь не будет равняться нулю

IUD 0101 О, !

U„6I 10161 т.е. пока отношение модулей напряжений U„д и 0 не будет частотно-зависимым, РасСмотрим это отношение более 50 подробно, представив (. предварительно следующим образом:

N (P o!,j

7 (Pà р 55

1 Ч = — + с

1 рс, 60

1 (1 R(C. +С ) Тогда подставим вместо (. его значение и получим отношение напряжений

О1

10 (jLv+l3, )

Кз последнего выражения следует, что отношение напряжений будет частотно езависимым только в случае, если

"И 1 - 1 "

1 . К20 N1С

Отсюда найдем значение К о., при ко. тором это равенство выполняется с("4 )

К20 2f3Ä а модуль отношения напряжений равен О„i 1

10 I - Ku-NC

Или подставив вместо К его эначе ние получим ,)uÄ ) z p-„ (Lj (c.н„ф„-p„)

;и, наконец, подставляя вместо N1 „8. с(2, их значения, получим оконча,тельно —,= — с = — (с +с ), l eol 2 2 с с г

1Ь т.е. раздельный отсчет по измеряемому значению конденсатора 46.

Таким же образом можно показать, что на частотах ы и ы4 при равенстве нулю напряжения на выходе вычитающего устройства 33 напряжения на его входах равны u<0 2 — — с

u„„ где U — напряжение на выходе уст18 ройства 18 суммирования, тогда напряжение на выходе устройства 32 равно с С2

Это напряжение поступает на функциональный преобразователь 30, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный емкости С в схеме замещения емкостного компенсационного датчика 9 (с заранее известной влажностью) . В преобразователе 30 берется отношение поступаницих на него сигналов, в реэуль, тате чего сигнал на его выходе пропорционален влажности контролируемой нефти.

Таким образом, предложенное устройство для измерения влажности нефти и нефтерродуктов в трубопроводах

1073677

Fр f

ННИИПИ Заказ 321/43 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная„4 позволяет производить измерение влажности нефтепродуктов независимо от изменения диэлектрической проницаемости самого продукта, налипания материалов на рабочие части емкостных датчиков, температуры, дисперсности и напряжений, поступающих на датчики, что дает возможность, кроме повышения точности, измерения, значительно расширить предел измерения в сторону малых влажностей, i