Способ измерения плотности и уровня жидкости



Способ измерения плотности и уровня жидкости
Способ измерения плотности и уровня жидкости
Способ измерения плотности и уровня жидкости
Способ измерения плотности и уровня жидкости
Способ измерения плотности и уровня жидкости

 


Владельцы патента RU 2441204:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (ГОУ ВПО "ЮУрГУ") (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в нефтехимической и радиохимической промышленности при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью. Сущность: способ предусматривает установку в резервуар с исследуемой жидкостью двух датчиков давления друг над другом на фиксированном расстоянии, фиксацию значений смещения нуля нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксацию разности значений давлений нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня верхнего датчика, вычисления плотности и уровня жидкости по полученной фиксированной разности давлений и значениям смещения нуля датчиков. Если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика, то в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления. Фиксируют значение смещения нуля среднего датчика, когда уровень жидкости находится ниже его уровня, фиксируют разность значений давлений нижнего и среднего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня среднего датчика, определяют смещение нуля нижнего датчика по фиксированной разности давлений между нижним и верхним датчиками, фиксированной разности давлений между нижним и средним датчиками и значениям смещения нуля среднего и верхнего датчиков. Технический результат: уменьшение погрешности измерения плотности и уровня жидкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в нефтехимической и радиохимической промышленности при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью.

Известен способ контроля уровня жидкости, включающий измерение гидростатического давления (Бобровников Г.Н. Методы измерения уровня. М.: - 1977). Этот способ основывается на прямой зависимости между высотой столба жидкости и давлением, которое он оказывает на диафрагму датчика давления, т.е. , где h - уровень жидкости, P - величина давления, ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения. Основные преимущества такого способа - простота, дешевизна и возможность использования для любых типов жидкости. Однако он имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что его использование возможно лишь при условии достаточно точного знания ρ. При этом погрешность измерения уровня, связанная с погрешностью знания значения ρ, прямо пропорциональна значению измеряемого уровня, т.е. Δн=h*δρ при δρ<<1, где Δн - абсолютная погрешность измерения уровня, δρ - относительное отклонение оценки плотности от истинного значения. Это может привести к тому, что при изменении плотности во время работы погрешность оценки уровня датчиком превысит допустимое значение.

Известен также способ автоматического контроля уровня и плотности раствора в выпарном аппарате (RU 2133023 C1, G01N 9/26, заявл. 10.02.1998, опубл. 10.07.1999), заключающийся в размещении двух датчиков давления на фиксированном расстоянии друг над другом в резервуаре с исследуемой жидкостью, вычислении текущей разности выходных сигналов этих датчиков и на основании этой разности и значения расстояния между датчиками вычисления плотности и уровня исследуемой жидкости.

Недостатками данного способа являются невозможность измерения уровня и плотности жидкости, если жидкость находится ниже верхнего датчика давления, а также наличие погрешности измерения уровня, обуславливаемая погрешностями датчиков давления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ измерения плотности и уровня жидкости (RU 2260776 C1, G01F 23/14, G01N 9/26, заявл. 06.04.2004, опубл. 20.09.2005), заключающийся в размещении двух датчиков давления на фиксированном расстоянии друг над другом в резервуаре с исследуемой жидкостью, фиксации значения давления нижнего датчика в момент перехода жидкостью уровня верхнего датчика, использования этого зафиксированного давления и значения расстояния между датчиками для вычисления плотности и уровня исследуемой жидкости.

Недостатками данного способа являются сложность точного определения момента перехода жидкости через уровень верхнего датчика, так как на него влияют дискретность моментов измерения давления, колебания жидкости в момент касания датчика давления, шумы в измерительном канале. Кроме того, при вычислении плотности и уровня жидкости исключается только погрешность верхнего датчика, погрешность нижнего датчика будет определять погрешность измерения плотности и уровня.

В основу предлагаемого изобретения положена техническая задача, заключающаяся в уменьшении погрешности измерения уровня и плотности жидкости за счет коррекции погрешности измерения давлений.

Указанная задача решается тем, что способ измерения плотности и уровня жидкости, включающий размещение двух датчиков давления на фиксированном расстоянии друг над другом в резервуаре с исследуемой жидкостью, определение значения давления нижнего датчика, характеризуется тем, что фиксируют значения смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давлений, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давлений, когда уровень жидкости находится выше уровня верхнего датчика давления, плотность ρ и уровень h жидкости определяют по выражениям:

,

,

где: h1 - расстояние между нижним и верхним датчиками давлений;

P1 - текущее давление нижнего датчика давления;

ΔP1, ΔP2 - смещение нуля нижнего и верхнего датчиков давления;

P1m, P2m - фиксированное давление нижнего и верхнего датчиков давления при уровне жидкости выше уровня верхнего датчика давления;

g - ускорение свободного падения.

Если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика давления, то способ характеризуется тем, что в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления, фиксируют значение смещения нуля среднего датчика давления, когда уровень жидкости находится ниже его уровня, фиксируют значения давлений нижнего и среднего датчиков давления, когда уровень жидкости находится выше уровня среднего датчика давления, смещение нуля нижнего датчика определяют из выражения:

,

где: h1 - расстояние между нижним и верхним датчиками давлений;

h2 - расстояние между нижним и средним датчиками давлений;

ΔP3 - смещение нуля среднего датчика давления;

P1m2, P3m - фиксированное давление нижнего и среднего датчиков давления при уровне жидкости выше уровня среднего датчика давления, а плотность ρ и уровень h жидкости определяют по выражениям:

,

.

Введение в способ измерения плотности и уровня жидкости операций по коррекции смещения нуля датчиков давления и фиксации разности давлений нижнего и верхнего датчиков давлений при уровне жидкости, немного превышающем уровень верхнего датчика, позволяет обеспечить практическое отсутствие влияния погрешностей датчиков давления на измерение уровня жидкости и уменьшение погрешности измерения плотности жидкости.

Изобретение иллюстрируется функциональной схемой устройства, где на фиг.1 представлена схема с двумя датчиками давления - верхним и нижним; на фиг.2 - с тремя датчиками: верхним, средним и нижним; на фиг.3 представлен график зависимости давления от уровня жидкости.

Устройство содержит размещенные в резервуаре с исследуемой жидкостью нижний датчик давления (ДД 1) 1, верхний датчик давления (ДД 2) 2, вычислительного устройства (ВУ) 3, при этом выходы ДД 1 и ДД 2 соединены с входами ВУ 3.

Способ измерения осуществляют следующим образом.

Значения давлений P1 и P2 от ДД 1 и ДД 2 поступают на входы ВУ 3, которое производит вычисление уровня и плотности жидкости в резервуаре. Значение расстояния h1 между ДД 1 и ДД 2 хранится в памяти ВУ 3.

Резервуар, где установлены датчики давлений, периодически наполняется и опустошается. Когда уровень жидкости становится ниже уровня ДД 2 (h<h1), значение смещения нуля ΔР2 ДД 2 запоминается в вычислительном устройстве ВУ 3. Когда уровень жидкости становится ниже уровня ДД 1 значение смещения нуля ΔP1 датчика ДД 1 также запоминается в ВУ 3. При уровне жидкости немного выше уровня датчика ДД 2 (т.е. 0<P2<Pmin, где Pmin - некоторое малое значение) значения давлений P1m и P2m ДД 1 и ДД 2 запоминаются в ВУ 3. Вычислительное устройство 3 производит вычисление уровня h и плотности ρ по следующим формулам:

,

.

Рассмотрено влияние погрешностей датчиков давления на погрешность измерения уровня и плотности. Результат измерения давления можно представить в виде

,

где Po - действительное значение давления,

Δk - погрешность наклона характеристики,

ΔP - смещение нуля.

Действительное значение давления Po1m ДД 1 можно представить как сумму действительного значения давления столба жидкости Po1жh1 высотой h1 и действительного значения давления Po2m на ДД 2: Po1m=Ро1жh1+Po2m. Тогда

Так как Po2m<<Pо1жh1, Δk1<<1, Δk2<<1, то произведение Po2m(Δk1-Δk2) будет второй степени малости, и, пренебрегая им, получим

.

Из данной формулы следует, что результат измерения уровня практически не зависит от аддитивных и мультипликативных погрешностей датчиков ДД 1 и ДД 2.

Расчет плотности будет выглядеть следующим образом:

Погрешность измерения плотности в основном определяется мультипликативной погрешностью нижнего датчика ДД 1 в фиксированной точке диапазона измерения давления и не зависит от погрешностей смещения нуля датчиков ДД 1 и ДД 2.

Если уровень жидкости не опускается ниже уровня датчика ДД 1, то между датчиками ДД 1 и ДД 2 устанавливают на фиксированном расстоянии от нижнего датчика ДД 1 еще один датчик давления ДД 4. Функциональная схема такого устройства с тремя датчиками приведена на фиг.2.

Когда уровень жидкости становится ниже уровня ДД 4, значение смещения нуля ΔP3 этого датчика ДД 4 запоминается в ВУ 3. При уровне жидкости немного выше уровня ДД 4 (т.е. 0<P3<Pmin, где Pmin - некоторое малое значение) значения давлений P1m2 и P3m датчиков ДД 1 и ДД 4 также запоминаются в вычислительном устройстве ВУ 3. Тогда погрешность смещения нуля ΔP1 датчика ДД 1 можно вычислить по формуле:

где P1h2 и P1h1 - результат измерения ДД 1 давления, оказываемого столбом жидкости высотой h2 и h1 соответственно.

Вывод этой формулы поясняется чертежом, представленным на фиг.3.

Таким образом, результат измерения уровня практически не зависит от аддитивных и мультипликативных погрешностей датчиков давления, а погрешность измерения плотности в основном определяется мультипликативной погрешностью нижнего датчика в фиксированной точке диапазона измерения давления и не зависит от погрешностей смещения нуля датчиков давления.

Указанный способ измерения уровня и плотности жидкости может применяться при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью.

1. Способ измерения плотности и уровня жидкости, включающий размещение двух датчиков давления на фиксированном расстоянии друг над другом в резервуаре с исследуемой жидкостью, определение значения давления нижнего датчика, отличающийся тем, что фиксируют значения смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давлений, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень жидкости находится выше уровня верхнего датчика давления, а плотность ρ и уровень h жидкости определяют по выражениям


где h1 - расстояние между нижним и верхним датчиками давлений;
P1 - текущее давление нижнего датчика давления;
ΔP1, ΔР2 - смещение нуля нижнего и верхнего датчиков давления;
P1m, Р2m - фиксированное давление нижнего и верхнего датчиков давления при уровне жидкости выше уровня верхнего датчика давления;
g - ускорение свободного падения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления, фиксируют значение смещения нуля среднего датчика давления, когда уровень жидкости находится ниже его уровня, фиксируют значения давлений нижнего и среднего датчиков давления, когда уровень жидкости находится выше уровня среднего датчика, смещение нуля нижнего датчика давления определяют из выражения

где h1 - расстояние между нижним и верхним датчиками давлений;
h2 - расстояние между нижним и средним датчиками давлений;
ΔР3 - смещение нуля среднего датчика давления;
P1m2, Р3m - фиксированное давление нижнего и среднего датчиков давления при уровне жидкости выше уровня среднего датчика давления,
а плотность ρ и уровень h жидкости определяют по выражениям

.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся продуктов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к контролю состояния расплава в ковше при внепечной обработке стали. .

Изобретение относится к системе для определения оставшегося количества жидкого водорода, хранимого в устройстве хранения водорода. .

Изобретение относится к измерительной технике для дистанционного измерения уровня питательной воды в паровых барабанах энергетических котлоагрегатов. .

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к способам измерения уровня расплавов в ковшах на установках продувки стали инертными газами, например азотом либо аргоном, при использовании для продувки погружных фурм.

Изобретение относится к газовой промышленности, может применяться на газовых промыслах, станциях подземного хранения газа и магистральных газопроводах, в частности для измерения уровня жидкости в газовом сепараторе.

Изобретение относится к измерительной технике по расходомерам, а именно к способам и устройствам измерения объемного расхода жидких сред в открытых водоемах - каналах, не напорных трубопроводах большого сечения и сточных лотках.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам контроля уровня жидкого металла в металлургических агрегатах для плавки или разливки. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в химической и пищевой промышленности при необходимости измерения переменного уровня жидкости с неизвестной плотностью в резервуарах, работающих как в условиях разряжения, так и повышенного давления.

Изобретение относится к области регулирующих и управляющих систем общего назначения и может быть использовано для измерения количества пива в форфасных танках. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в сложных технологических условиях, в частности, для контроля уровня и плотности технологических растворов радиохимической переработки облученного ядерного топлива

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к устройствам для измерения уровней и расходов воды в каналах и реках, и может быть использовано в водном хозяйстве

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах. Техническим результатом является повышение точности определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах. Предложено разместить в скважине от устья до глубинного насоса или до продуктивного пласта бронированный многожильный кабель с датчиками давления, равномерно расположенными друг от друга по вертикальной составляющей скважины. Информация по давлению с этих датчиков постоянно подается на контроллер станции управления скважиной и интерпретируется в следующем порядке: определяется по первым двум датчикам коэффициент корреляции прямолинейной зависимости давления от вертикальной глубины скважины. В эту базу добавляется информация по третьему и далее датчику до тех пор, пока не понизится коэффициент корреляции. На конечной стадии расчетов контроллер находит уравнения зависимости давления от вертикальной глубины скважины для двух разных фаз: газовой и жидкостной. Уровень жидкости в скважине определяется как точка пересечения этих двух полученных прямых зависимостей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматизированным системам контроля расхода транспортными средствами. Техническим результатом изобретения являются возможность измерения плотности и уровня топлива в топливных баках транспортного средства, автоматическая компенсация дополнительной погрешности измерения при изменении угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, автоматизация процесса измерения. Технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность и уровень топлива рассчитывают с учетом угла наклона бака по формулам, описанным в изобретении. 2 ил.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, между эксплуатационной колонной и насосно-компрессорными трубами, обводненных газовых скважин в процессе откачки пластовой жидкости погружными электроцентробежными насосами. Техническим результатом изобретения является создание способа определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве обводненной газовой скважины на основе разработанной информационно-измерительной системы путем измерения параметров продукции на забое и устье скважины. Для этого вычислительное устройство информационно-измерительной системы обводненной газовой скважины принимает сигналы от датчиков давлений и температур на выходе из затрубного пространства устья скважины и на глубине забоя скважины при входе в центробежный насос, расхода газа, плотностей газа и жидкости. При этом динамический уровень жидкости определяется по итерационному алгоритму последовательных приближений величины забойного давления от устья скважины до его равенства измеренному значению забойного давления Pзаб по гидродинамическим формулам. 1 ил.
Наверх