Расходомер газоводонасыщенной нефти

 

Изобретение позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений расходомера. В зависимости от величины измеряемого расхода на выходе датчика 1 расхода появляются импульсы с изменяющейся частотой. Частота импульсов преобразуется в напряжение с помощью преобразователя 14 напряжение-частота, аналоговый сигнал с выхода которого поступает на входы первого, второго и третьего делительных устройств 15,16 и 22. Выходные сигналы триггера 10 управляют работой ключей 11 и 23. Величина тока, протекающего по обмотке электромагнита датчика 1 расхода , запоминается Б устройстве 13 выборки-хранения и далее поступает через первое делительное устройство на вход умножителя 21. На выходе умножителя 21 образуется сигнал, пропорциональный массовому, а на выходе делительного устройства 22 - объемному расходу, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

;s!)s G 01 F 1/12

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ!ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

КЫ(.ЯЬМ ;;;.гр, r,- ..; р,и (I

gpjQf, ß с /;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735682/10 (22) 07.09,89 ,(46) 23.12.91. Бюл, М 47 (71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.А. Филатов (53) 681.121 (088.8) (56) Акимов В.Ф. Измерение расходов газонасыщенной нефти. M.: Недра, 1979, с,51, Авторское свидетельство СССР

М 996868, кл. 6 01 F 1/12, 1980. (54) РАСХОДОМЕР ГАЗОВОДОНАСЫЩЕННОЙ НЕФТИ (57) Изобретение позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений расходомера. В зависимости от величины

„„ Ы,, 17ÎÎ368 А1 измеряемого расхода на выходе датчика 1 расхода появляются импульсы с изменяющейся частотой, Частота импульсов преобразуется в напояжение с помощью преобразователя 14 напряжение-частота, аналоговый сигнал с выхода которого поступает на входы первого, второго и третьего делительных устройств 15,16 и 22. Выходные сигналы триггера 10управляют работой ключей 11 и 23. Величина тока, протекающего по обмотке электромагнита датчика 1 расхода, запоминается в устройстве 13 выборки-хранения и далее поступаетчерез первое делительное устройство на вход умножителя 21. На выходе умножителя 21 образуется сигнал, пропорциональный массовому, а на выходе делительного устройства 22 — объемному расходу. 1 ил.

1700368

10

40

Изобретение может быть использовано для измерения продукции нефтедобывающей скважины, а также газообразных, жидких и газожидкостных сред в объемных и массовых единицах с изменяющейся плотностью.

Цель изобретения — повышение точности и расходомера и расширение диапазона измерений, На чертеже дана фчнхннснааьнаа схема редлагаемого расходомера.

Расходомер содержит датчик 1 расхода, Е котором имеется электромагнит 2 с двумя с бмотками L1 и L2; пластина 3, помещенная

Э потоке под углом Q к направлению его движения; ось 4 вращения с опорами; поСтоянный магнит с разноименными полюсами, находящимися на его торцах, расположенных в горизонтальной плоскости относительно оси вращения пластины 3; флажок 6 с прорезью, которая отсекает первую его часть относительно оси симметрии флажка, проходящей через ось 4 вращения с опорами и ось симметрии пластины 3; упор 7; источник 8 света; приемник 9 света.

Расходомер содержит также триггер 10, первый ключ 11, резистор 12, устройство 13 выборки-хранения (УВХ), преобразователь

14 частота — напряжение, первое и второе делительные устройства 15, 16, сумматор

17, реостат 18, первый и второй корректоры

19, 20, умножитель 21, третье дополнительное устройство 22, второй ключ 23.

Расходомер работает следующим обраЗом, Пластина 3 установлена в упоре 7 по предыдущему циклу работы. Источник 8 света освешает приемник 9 света, так как флажок 6 установлен в такое положение, при котором прорезь в нем Открывает путь прохождению света. В результате освещения приемника 9 светом его внутреннее

Сопротивление резко уменьшается, и на его выходе появляется высокий уровень наПряжения, поступающий нэ вход триггера

10, вследствие чего на прямом выходе триггера 10 устанавливается низкий уровень.

Этот уровень поступает на управляющий вход первого ключа 11, который размыкает цепь прохождения тока в обмотку L 1 датчика 1 расхода. В результате отсутствия тока в обмотке L1 и резисторе 12 на последнем устанавливается низкий уровень (нуль) напряжения, поступающий с него на вход УВХ

13. На выходе УВХ 13 устанавливается низкий уровень. В результате на выходах преобразователя 14 и устройств 15, 16, а также корректора 20 устанавливается низкий уровень. Таким образом. в обмотке L 1 датчика

1 расхода устанавливается нулевой ток.

В итоге обмотка не возбуждается в пространстве расположения постоянного магнита 5 своего магнитного поля. По этой причине пластина 3 остается у упора 7 неподвижной, При возникновении движения потока на установленную под углом а к потоку пластину 3 начинает действовать динамический напор, что вызывает ее перемещение от упора 7 с увеличивающейся скоростью, Передвигаясь в этом направлении, пластина 3 перемещает флажок 6 в сторону перекрытия им светового потока между источником 8 и приемником 9 света. На этом участке перемещение пластины 3 считается свободным, так как этому перемещению никакие (кроме сил трения в опорах осей 4 и вязкостного трения) силы не препятствуют. Перемещение пластины 3 на этом участке адекватно процессу свободного вращения турбинки в турбинных расходомерах. В результате перемещения пластины

3 и перекрытия флажком 6 светового потока величина его на приемнике 9 света падает до темнового уровня, а напряжение на выходе приемника 9 света падает до низкого уровня, Это вызывает изменение на входе триггеоа 10 высокого уровня на низкий, а на прямом выходе триггера 10 в результате формируется высокий уровень. Появившаяся единица на прямом выходе триггера 10 поступает на вход преобразователя 14 и управляющий вход первого ключа 11, который замыкается, В результате через него начинает протекать ток. Так как обмотка L1 с сердечником электромагнита 2 образует индуктивность, то нарастание тока через обмотку L 1 происходит не скачкообразно, а с задержкой по отношен, ю к фронту открь:тия первого ключа 11. По мере увеличения тока, проходящего через обмотку L1, в пространстве, окружаюцгем полюс сердечника электромагнита 2, г аявляется увеличивающеесяя в такт с увеличением протекающего тока через обмотку L1 магнитное поле, Направление намагничивания выбрано таким, чтобы на торце сердечника электромагнита 2, расположенном рядом с постоянным магнитом 5, при протекании тока через обмотку 1 образовался полюс N.

Образованное магнитное поле у полюса сердечника электромагнита 2 взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 5, закрепленного на противоположном относительно оси 4 конце пластины 3.

3то взаимодействие выражается в том, что возникают силы притягивания между полюсом М сердечника электромагнита 2 и

"700368

10 низкий уровень, который закрывает пер- 25 вый ключ 11, и через него перестает проте-.

35 ся от упора 7, Перемещаясь в этом 40 полюсом 5 постоянного магнита 5, а также силы отталкивания между полюсом N сердечника электромагнита 2 и полюсом -acroats oro магнлта 5. В результате этоса возникает противоположный враше" ию пластины 3 на оси 4 вращающий моь.;ент, и скорость перемещения пластины 3 от упора

7 пад действлем этого враща.ащегося момента начинает снижаться. По достих<ении напряженностью магнитного поля, образованного обмоткой 1 с сердечником электромагнита 2, величины, достаточной для создания вращающего момента, противодействующего перемещению под действием динамического напора пластины 3 ат упора 7, пластина останавливается. Ток в обмотке L1 продолжает возрастать, пластина 3 после остановки начинает перемещаться обратно к упору 7. Дойдя до упора 7, пластина останавливается и открывает флажком 6 световой поток между источником 8 и приемникам 9 света. На выходе приемника

9 появляется высокий уровень, вызывающий появление на прямом выходе триггера кать ток. В силу свойства индуктивности ток через обмотку L 1 прекращается не сразу, По мере уменьшения тока через обмотку L 1 в момент размыкания первого ключа 11 величина вращающего момента от взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмоткой L 1, и магнитного поля постоянного магнита 5, начинает также уменьшаться, Вследствие этого (если, например, динамический. напор не изменился) пластина 3 под действием уже превышающей по величине этот вращающий момент силы динамического напора, начинает опять перемещатьнаправлении, пластина 3 своим флажком 6 закрывает световой поток между источникам 8 и приемником 9. На выходе приемника 9 света появляется низкий уровень, а на прямом выходе триггера 10 — высокий, В результате первый ключ 11 замыкается и в обмотке L 1 ток начинает повышаться. Так как расход среды за время одного цикла, например, повышается, амплитуда возрастания тока через обмотку L 1 тоже возрастает. Это вызвано тем, что при повышении расхода среды повышается величина динамического напора, воздействующего на пластину 3. Однако наступает момент, когда амплитуда напряженности магнитного поля возвращает пластину 3 при повысившемся расходе опять к упору 7. При этом опять флажок 6 открывается световой поток от источника 8 света к приемнику 9 и на его выходе появляется высокий уровень. В ре3

20 эучьтате на прямом выходе триггера 10 yc-aèëÐëõçÿeTñÿ низкий уровень, раэмыкаю ций первый ключ 11, а ток через обмотку L

1 а момент его размыкания начинает уменьшаться, Это приводит к тому, чта ffllecTMHB : опять начинает под действием силы динамическаг< напора среды перемещаться от упора 7, Перемещаясь от упора 7, пластина

3 своим флажком 6 закрывает световой поток между источником 8 света и приемником

9. На вы".îäå приемника 9 света возникает нлзкий уровень, а на прямом выходе триггера 10 — высокий, замыкающий первый ключ

11. В результате ток, проходящий через обмотку

L 1, начинает возрастать. Но так как расход среды остается неизменным, амплитуда возрастания тока в обмотке L 1 также остается на прежнем уровне, а время достижения этого уровня сокращается. Из этого следует, что при увеличении расхода среды частота перемещения (колебания) пластины

3 увеличивается и пропорционально возрастает амплитудное значение тока в обмотке

L1, Уменьшение расхоца среды приводит к замедлению перемещения пластины 3 от упора 7, так как начавшийся процесс ее перемешенля от него пои отсутствии тока через обмотку 1 1(ключ11 разомкнут, потому чта в момент начала движения пластины 3 от упор- 7 флажок 6 не перекрывает световога потока между источником 8 и приемнлком 9 света) аналогичен процесс свободнога вращения турбинки турбинного расходамера. В результате частота колебаний пластины от упора 7 по потоку и обратно к упору 7 так we снижается, Уменьшается и величина амплитуды тока, протекающего через обмотку L 1, так как при снизившемся расходе падает и величина динамического напора среды, воздействующего на пластину 3, чта вызывает снижение величины тока через обмотку 1 1 до необходимого значения, при котором пластина 3, преодолев воздействие на нее динамического напора, возвоащается к упору 7.

Частота импульсов на прямом выходе триггера 10, таким образом, пропорциональна скорости патака, а амплитуда тока в обмотке в 1 и, соответственно, величина напряжения на резисторе 12 пропорциональны динамическому напору среды, так как этот ток создает напряженность магнитного поля с силой, противодействующей ему при возвращении пластины 3 к упору 7.

Для запоминания амплитуды тока, протекающего через обмотку L1,,в промежутках между двумя пиками используется YBX 13, а для преобразования частоты импульсов в

1700368 напряжение, пропорциональное частоте их следования — преобразователь 14.

Полученное на выходе УВХ 13 напряже- ние, пропорциональное динамическому напору среды, поступает на вход "делимое" (первый вход) первого делител ьного устройства 15.

Полученное напряжение на выходе преобразователя 14, пропорциональное скорости среды, поступает на входы "делитель" (аторые входы) первого 15, второго 16 и третьего 22 делительных устройств.

На выходе первого делительного устройства 15 в результате деления напряжения с выхода УВХ 13, пропорционального динамическому напору среды, на напряжение с выхода преобразователя 14, пропор,ционального скорости среды, формируется сигнал, пропорциональный массе среды, который поступает на вход "множитель 1" (первый вход) умножителя 21.

На выходе второго делительного устройства 16 формируется сигнал, пропорциональный плотности среды, так как а качестве "делимого" на его вход поступает напряжение, пропорцинальное. массе среды, а на вход "делитель" — напряжение, пропорциональное скорости среды. Этот сигнал поступает на второй вход первого корректора 19 и вход второго корректора 20.

На выходе третьего делительного устройства 22 формируется сигнал, пропорцинальный объемному расходу, скорректированный сигналом, поступающим на вход "делитель" с второго вы. хода второго коллектора 20, на выходе умножителя 21 формируется сигнал, пропорциональный массовому расходу, скорректированный сигналом, поступающим на вход "множитель 2" (второй вход) с nepaoro выхода второго корректора 20;

Эти коррекции сигналом, поступающим на вход умножителя 21, сигналом по входу

"множитель 2" и входу делительного устройства 22, сигналом по входу "делитель" осуществляются для того, чтобы показания равных значений объемных расходов, но с разной плотностью среды, и равных знвчений массовых расходов, то также с разной плотностью среды, не отличались при изменении плотности смеси, 20

В результате включения второго управляемого ключа 23 импульсом, поступающим с инверсного выхода триггера 10, во 55 время свободного перемещения пластины 3 от упора 7 по потоку через дополнительную обмотку L2 ток не будет проходить. Вследствие этого дополнительное тормозящее магнитное поле отсутствует. Свободное перемещение пластины 3 пд действием потока среды не тормозится.

При повышении расхода среды сКорость свободного перемещения пластины 3 по потоку получает дополнителькоз прираще"

we. На выходе второго делительного устройства 16 напряжение, по указанным причинам, понижается.

В результате на выходе первого корректора и сумматора 17 появляется сигнал, пропорциональный снижению напряжения нз выходе второго делительного устройства 16.

Этот сигнал в момент срабатывания (замыкания) второго управляемого ключа 23 вызывает в дополнительной обмотке L2 ток, который возбуждает дополнительное тормозяшее магнитное поле и притормаживает свободное перемещение пластины 3 по потоку. В итоге снижается частота колебаний пластины 3, а следовательно, и величина постоянного напряжения на выходе преобразователя 14, пропорционального объемному расходу среды.

Уменьшение этого напряжения приводит к увеличению напряжения на выходе делительноге устройства 16, а зто, в свою очередь, снижает на выходе сумматора 17 напряжение, что вызывает стабилизацию тока, проходящего через дополнительную обмотку L2 датчика 1 расхода, при котором устраняется дополнительное приращение

cKopGcTN свободного перемещения пластины 3. Эта коррекция суммарного магнитного поля, создающегося обмотками L1 и L2, исключает влияние изменения гидравлического коэффициента сопротивления, связанного с изменением числа Рейнольдца при изменении характера обтекания средой пластины 3 (в областях ламинарного турбулентного характера обтекания ее), возникающем с изменением величины расхода измеряемой среды.

В результате введения этих коррекций происходит выравнивание функций преобразования в каналах объемного и массового расходов.

Формула изобретения

Расходомер газоводонасыщенной нефти, содержащий датчик расхода, триггер, первый и второй ключи и первое делительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, в него введены последовательно соединенные и реобразовател ь частота-нап ряженив, подключенный входом к выходу триггера, первый корректор; сумматор и реостат, вторым выводом подключенный к входу второго ключа, последовательно соединенные второе делительное устройство, входом подЮ

"700358

Составитель B. Ярыч

Редактор Г. Бельская Техред M,Моргентал Корректор М. Ревская

Заказ 4459 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина, 101 ключенное к выходу преобразователя частота — напряжение, второй корректор и умножигель, выход которого является первым выходом расходомера, а также третье делительное устройство, первым входом подключенное к выходу преобразователя частота — напряжение, вторым входом — к второму выходу второго корректора, резистор и устройство выборки-хранения, причем датчик расхода выполнен с дополнительной обмоткой электромагнита и упором, установленным с возможностью ограничения перемещения пластины, начало M конец дополнительной обмотки электромагнита подключены соответственно к выходу второго ключа и общей шине расходомера, начало и конец основной обмотки злектромагнига подключены соответственно, к выходу первого ключа и входу устройства выборки-хранения, соединенному через резистор с общей шиной расходомера, выход датчика расхода соединен с входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим вхо5 дам соответственно первого и второго ключей, выход устройства выборки-хранения подключен через первое делительное устройство к второму входу второго делительного устройства, первым входом

10 подключенного к второму входу первого делительного устройства, выходом подключенного к второму входу умножителя, выход второго делительного устройства подключен к второму входу первого корректора, 15 второй вход сумматора подключен к шина источника опорного напряжения, вход первого ключа соединен с выходом источника тока, выход третьего делительного устройства является вторым выходом

20 расходомера.