Способ определения параметров жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей. Датчик характеристик среды с вибрационным чувствительным элементом и встроенным термопреобразователем перемещают в исследуемой жидкости на различных уровнях погружения и измеряют плотность и вязкость жидкости, контролируя изменение частоты колебаний чувствительного элемента датчика, одновременно измеряя температуру жидкости. Измерение уровня производят путем подсчета количества сигналов за определенную длину перемещения датчика. Обрабатывая данные плотности, вязкости и температуры определяют такие параметры жидкости, как уровни ее расслоения и уровни границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода. Устройство для реализации способа содержит датчик 1, состоящий из вибродатчика 1.1 и термопреобразователя 1.2. Датчик 1 прикреплен к ленточному кабелю 2, наматываемому на барабан 3, который вращается шаговым двигателем 4. Кабель 2 при своем протягивании вращает измерительное колесо 5 с энкодером 6. Кабель 2 снабжен индуктивным датчиком 7 натяжения и датчиком 8 верхнего положения. Другой конец кабеля 2 соединен с электронным блоком 9. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей.

Известен способ измерения параметров жидкостей [1], используемый в электронном переносном уровнемере «HERMetic UTI 2000Т» фирмы «Enraf Tanksystem SA» (Швейцария), заключающийся в прохождении датчиков через исследуемую жидкость и определении различной электропроводности и температуры жидкости на различных уровнях погружения датчиков.

Известно и устройство [1], реализующее в себе данный способ и содержащее датчики электропроводности и температуры жидкости, подвешенные на электропроводящем кабеле, который намотан на барабан, и блок звуковой сигнализации, звук которого меняется в зависимости от изменения электропроводности исследуемой жидкости.

Известные способ и устройство не обладают достаточной точностью, т.к. параметры жидкости определяются по изменению звукового сигнала, т.е. точность всецело зависит от слухового восприятия оператора.

Известен также способ контроля уровня жидкости в емкости [2], используемый в устройстве для контроля заданного уровня или для определения плотности или вязкости измеряемой среды, заключающийся в возбуждении колебаний в колебательном узле, который размещен в измеряемой среде на определенной глубине. Колебательный узел колеблется с заданной частотой, и по изменению колебаний колебательного узла определяется плотность или вязкость измеряемой среды. Одновременно с измерением плотности и вязкости измеряют и температуру среды с помощью дополнительного температурного датчика.

Устройство [2] для реализации данного способа содержит колебательный узел, вибрационный детектор, используемый в качестве датчика вязкости или плотности, приемоприводной и обрабатывающий блоки. Для создания мультипеременного датчика в колебательном контуре, образованном колебательным узлом и электронным устройством обратной связи, предусмотрен микропроцессор, который корректирует фазу электронного устройства обратной связи.

Недостатком известных способа и устройства являются их ограниченные функциональные возможности, т.к. известные решения обеспечивают определение параметров среды только на заданном уровне, а не по всей глубине измеряемой среды. Кроме того, известные решения имеют ограниченную область применения, т.к. они могут применяться только для измерения плотности или вязкости среды, наряду с ее температурой, и на основании этих измерений для вычисления заданного уровня среды в емкости и не могут использоваться для измерения таких параметров, как границы раздела различных слоев измеряемой среды, т.е. известное изобретение не может определить, например, уровни различных слоев нефтепродукта, которые образуются в результате его неизбежного расслоения.

Задачами, которые решают настоящие изобретения, являются расширение функциональных возможностей и области применения способа и устройства.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в способе определения параметров жидкости в резервуаре, заключающемся в перемещении датчика в исследуемой жидкости, измерении характеристик плотности, вязкости и температуры сред в резервуаре путем контроля частоты колебаний чувствительного элемента датчика и показаний термопреобразователя, согласно изобретению датчик характеристик сред перемещают на различные уровни с помощью шагового электропривода, а уровень измеряют путем подсчета количества сигналов датчика за определенную длину его перемещения и на основании измеренных характеристик плотности, вязкости и температуры сред определяют такие параметры, как уровни расслоения жидкости и уровень границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода.

В устройстве для определения параметров жидкости, содержащем вибрационный датчик характеристик сред, связанный с электронным блоком кабелем, согласно заявленному решению в качестве датчика используется датчик с встроенным термопреобразователем, перемещаемый приводом на основе шагового двигателя, при этом ленточный кабель, наматываемый на барабан, находится в сопряжении с измерительным колесом, снабженным энкодером, и оборудован датчиком натяжения и датчиком верхнего положения.

Кроме того, согласно предложенному решению электронный блок состоит из узлов управления и преобразования, содержащего преобразователь и процессор, соединенные друг с другом, а узел управления состоит из индикатора, клавиатуры, схемы памяти для архивирования измеряемых характеристик и контроллера, соединенного с индикатором и клавиатурой и через процессор узла преобразования со схемой памяти.

Основным существенным отличием предложенного способа от прототипа является использование шагового двигателя для перемещения датчика характеристик сред на различные уровни, а глубина жидкости в резервуаре измеряется путем подсчета количества сигналов датчика за определенную длину его перемещения, что дает возможность измерения вязкости, плотности и температуры по всей длине погружения датчика, а не только в одной точке для контроля уровня, что расширяет функциональные возможности устройства на базе предложенного способа. Кроме того, появляется возможность определить уровни расслоения жидкости и границы раздела сред, что расширяет область применения изобретения.

Дополнительным преимуществом использования в предложенном устройстве привода на основе шагового двигателя является исключение ручных операций при перемещении датчика и повышение равномерности его движения.

Наличие датчика натяжения ленточного кабеля делает возможным исключить его прогиб.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Датчик опускается в исследуемый резервуар. Его чувствительный элемент вибрирует с резонансной частотой f0, которая соответствует плотности воздуха, а термопреобразователь измеряет температуру этой среды t0. Одновременно по добротности Q1 вибрации чувствительного элемента определяется вязкость исследуемой среды. При дальнейшем опускании датчика он погружается в жидкость, наполняющую резервуар. Поскольку плотность жидкости отличается от плотности воздуха, резонансная частота колебаний датчика меняется и становится равной f1 при соответствующей добротности Q1 и температуре t1. Полученные данные плотности, вязкости и температуры обрабатываются, и на их основании получают информацию о разделе сред воздух/жидкость. Затем датчик пошагово опускается ниже и постепенно достигает слоя подтоварной воды. Его резонансная частота и добротность опять меняются и становятся равными f2 и Q2 при температуре t2. Определив плотность и вязкость этой среды можно сделать вывод о наличии расслоения сред. Подобным образом может определяться и расслоение исследуемого нефтепродукта. Одновременно при перемещении датчика в жидкости производится подсчет количества сигналов, поступивших за время этого перемещения. Преобразуя количество сигналов в линейную величину. можно получить информацию об уровне погружения датчика, т.е. об уровне жидкости в резервуаре.

Устройство для определения параметров жидкости в резервуаре изображено на рис. 1 и 2. На рис. 1 представлена блок-схема заявленного устройства, а на рис. 2 - блок-схема электронного блока, входящего в состав устройства.

Предложенное устройство (рис. 1) содержит датчик 1 характеристик среды, который состоит из вибрационного датчика 1.1. и термопреобразователя 1.2. Вибрационный датчик 1.1 может быть выполнен по схеме, описанной в [3], т.е. вибрационный датчик 1.1 имеет чувствительный элемент-вибратор в виде тонкостенной металлической трубочки, закрепленной консольно на фланце, через который два пьезоэлемента возбуждаются на различной частоте, а другие два пьезоэлемента регистрируют частоту, зависящую от присоединенной массы сред, в которую погружен чувствительный элемент вибрационного датчика 1.1. Чувствительный элемент работает на колебаниях смятия ,и его концевая часть имеет наибольший размах, т.е. наиболее чувствительна к регистрации расслоения жидкости, границ раздела сред нефтепродукт/вода или нефтепродукт/воздух. Термопреобразователь 1.2 встраивается в датчик 1 характеристик. Датчик 1 прикреплен к ленточному кабелю 2, который имеет измерительную ленту, защищен с обеих сторон пластиковой прозрачной пленкой, в которую запечены четыре медных жилы для обеспечения связи с датчиком 1. Ленточный кабель 2 наматывается на барабан 3.

Барабан 3 приводится во вращательное движение шаговым двигателем 4. Ленточный кабель 2 сопряжен с измерительным колесом 5, снабженным энкодером 6, причем измерительное колесо 5 и энкодер 6 установлены на общей оси с возможностью вращения при протягивании ленточного кабеля 2. На некотором расстоянии от ленточного кабеля 2, в непосредственной близости к нему, расположен индуктивный датчик 7 натяжения. На стыке соединения ленточного кабеля 2 и датчика 1 характеристик установлен датчик 8 верхнего положения, выполненный в виде концевого переключателя. Другой конец ленточного кабеля 2 подключен к электронному блоку 9.

Электронный блок 9 (рис. 2) состоит из узла 9.1 управления и узла 9.2 преобразования. Узел 9.1 управления состоит из индикатора 9.1.1, клавиатуры 9.1.2, схемы 9.1.3 памяти для архивирования измеряемых характеристик и контроллера 9.1.4. Узел 9.2 преобразования содержит преобразователь 9.2.1 и процессор 9.2.2, соединенные друг с другом. Контроллер 9.1.4 соединен с индикатором 9.1.1 и клавиатурой 9.1.2, а через процессор 9.2.2 узла 9.2 преобразования со схемой 9.1.3 памяти.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При запуске режима измерения шаговый двигатель 4 приводит во вращение барабан 3 и начинает разматывать ленточный кабель 2, на котором подвешен датчик 1 характеристик среды. С началом движения кабеля 2 срабатывает индуктивный датчик 8 верхнего положения и выдает импульс, служащий для начала отсчета сигналов с энкодера 6 для измерения длины разматываемого кабеля 2, т.е. базовой высоты резервуара.

Ленточный кабель 2 сопряжен с измерительным колесом 5, которое вращается и своим вращением приводит в действие энкодер 6, вырабатывающий последовательность импульсов, число которых соответствует длине разматываемого кабеля 2. При достижении датчиком 1 дна резервуара срабатывает датчик 7 натяжения, и генерация импульсов энкодером 6 прекращается, а подсчитанное электронным блоком 9 число импульсов, преобразованное в линейную величину, соответствует базовой высоте резервуара. Одновременно при провисании кабеля датчик 7 натяжения выдает сигнал на реверсирование вращения барабана 3, и кабель 2 начинает сматываться, тем самым поднимая датчик 1. В первый момент движения кабеля 2 при отрыве датчика 1 от дна резервуара еще раз срабатывает индуктивный датчик 7, и начинается отсчет импульсов для измерения линейного расстояния до границы раздела сред подтоварная вода/нефтепродукт. При перемещении датчика 1 непрерывно измеряются плотность, вязкость и температура среды, и на электронный блок 9 поступают соответствующие сигналы, по изменению которых судят о достижении границы раздела сред подтоварная вода/нефтепродукт. При дальнейшем подъеме датчика 1 продолжается измерение плотности, вязкости и температуры среды, и на основании полученных данных делаются выводы о структуре расслоения нефтепродукта. Когда датчик 1 достигает границы раздела нефтепродукт/воздух частота колебаний чувствительного датчика 1 резко меняется, и вместе с этим, соответственно, меняются измеренные характеристики плотности и вязкости среды, и, таким образом, при сопоставлении этих измеренных значений с полученной длиной кабеля 2 оценивается уровень взлива нефтепродукта.

Таким образом, измеряются следующие параметры жидкости:

1. Базовая высота

2. Плотность

3. Температура

4. Вязкость

5. Уровень

6. Расслоение

7. Раздел сред нефтепродукт/подтоварная вода

8. Раздел сред нефтепродукт/воздух

Электронный блок 9 служит для непрерывного преобразования, обработки всех полученных сигналов, вычисления и архивирования измеренных параметров и, кроме того, для программного управления шаговым двигателем 4. Индикатор 9.1.1 служит для непосредственной цифровой индикации полученных характеристик и параметров в определенной последовательности, а клавиатура 9.1.2 служит для ввода оператором переменных относительно типа резервуара команд управления на запуск режима измерения.

Источники информации

1. Промышленный электронный уровнемер переносной UTI 2000Т.

2. Патент РФ №2291403, МПК G01F 23/296, G01D 5/12, опубликован 10.01.2007 г. (прототип).

3. Патент РФ №2024841, МПК G01N 9/32, опубликован 15.12.1994 г.

1. Способ определения параметров жидкости в резервуаре, заключающийся в перемещении датчика в исследуемой жидкости, измерении характеристик плотности, вязкости и температуры сред в резервуаре путем контроля частоты колебаний чувствительного элемента датчика и показаний термопреобразователя, отличающийся тем, что датчик характеристик сред перемещают на различные уровни с помощью шагового электропривода, а уровень измеряют путем подсчета количества сигналов датчика за определенную длину его перемещения и на основании измеренных характеристик плотности, вязкости и температуры сред определяют такие параметры, как уровни расслоения жидкости и уровень границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода.

2. Устройство для определения параметров жидкости в резервуаре, содержащее вибрационный датчик характеристик сред, связанный с электронным блоком кабелем, отличающееся тем, что в качестве датчика используется датчик с встроенным термопреобразователем, перемещаемый приводом на основе шагового двигателя, при этом ленточный кабель, наматываемый на барабан, находится в сопряжении с измерительным колесом, снабженным энкодером, и оборудован датчиком натяжения и датчиком верхнего положения.

3. Устройство для определения параметров жидкости по п. 2, отличающееся тем, что электронный блок состоит из узла управления и узла преобразования, содержащего преобразователь и процессор, соединенные друг с другом, а узел управления состоит из индикатора, клавиатуры, схемы памяти для архивирования измеряемых характеристик и контроллера, соединенного с индикатором и клавиатурой и через процессор узла преобразования со схемой памяти.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам контроля плотности твердой фазы гетерогенных систем и тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности к определению физико-химических параметров высокотемпературных металлических расплавов методом геометрии так называемой «большой капли», т.е.

Изобретение относится к технике контроля, измерения плотности, уровня и определения массы жидкостей преимущественно в резервуарах. Техническим результатом являются уменьшение погрешностей измерения интегральной плотности и уровня жидкости в резервуаре.

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством трубопровода, проходящего через указанные заряд и оболочку.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем, например сыпучие, волокнистые, тканые и нетканые материалы, пористая фильтрующая керамика, газонаполненные пластмассы (поропласты) и др., а также твердых тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Настоящее изобретение относится к системам и способам для неинвазивного измерения механических свойств негазообразных, свободнотекучих материалов в емкости и, в частности, для определения плотности и параметров, связанных с сопротивлением сдвигу негазообразного, свободнотекучего вещества.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам контроля плотности твердой фазы гетерогенных систем и тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к гидростатическим устройствам для измерения плотности жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Лабораторный анализатор плотности газов содержит миниатюрное турбулентное сужающее устройство, вход которого связан через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки, и выходом измерительной камеры индикатора давления, одна из стенок которой выполнена в виде упругой мембраны, а ее вход соединен через вентиль с линией анализируемого газа.

Устройство предназначено для измерения параметров оседания частиц в текучей среде, в частности в буровых растворах. Устройство представляет собой емкость в виде полого цилиндра, состоящего из двух соосно расположенных цилиндрических частей (1, 2), первая из которых имеет дно, а вторая герметично соединена с первой частью (1) посредством разъемного соединения.

Настоящее изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение вязкоупругих свойств металлов с помощью зондового акустического метода.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. Способ оценки технологической эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), по которому осуществляют измерение действительного коэффициента трения в течение 10-20 с применением оцениваемой СОЖ и без нее, максимальную скорость охлаждения температурного датчика в испытываемой СОЖ и на воздухе (без СОЖ) от температуры, возникающей в зоне резания, до комнатной температуры.

Изобретение относится к области приборного исследования строительных материалов путем определения их физических свойств, в частности к исследованию реологических свойств текучих сред (предельного сопротивления сдвига, вязкости, градиента скорости деформирования) и анализа материалов путем определения их текучести и может быть использовано для определения реологических свойств у различных формовочных смесей специальных бетонов, оценки этих свойств и классификации смесей по реологическим свойствам.

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии (физико-химических измерений), а более конкретно - к способам определения точки (момента) потери текучести методом вибрационной вискозиметрии, и позволяет определить точку гелеобразования путем измерения вязкости (механического сопротивления) в сосудах различного размера.

Настоящее изобретение относится, в общем, к тестированию вязкости скважинных текучих сред и, конкретнее, к вискозиметрам с вибрирующим проводом. Предложен вискозиметр с вибрирующим проводом.

Изобретение относится к области биомедицинских технологий и может быть использовано для измерения вязкости крови в процессе забора крови из кровеносного сосуда для проведения анализов крови.

Изобретение относится к области анализа физических свойств жидкостей. Устройство содержит емкость со шкалой для отбора пробы с размещенным в ней штоком с поршнем, программно-аппаратный комплекс для измерения времени и температуры, трубку для пропускания жидкости в емкость при отборе пробы для определения условной вязкости, термистор, который может быть установлен на трубке при определении микропенетрации, деэмульгирующей способности и показателя динамики нагрева жидкости, конус, который может быть установлен вместо поршня на шток с помощью резьбы при определении микропенетрации, пробку или крышку, которая может быть установлена на штуцер емкости вместо трубки при определении микропенетрации и деэмульгирующей способности, и подставку для установки емкости.

Изобретение относится к области биомедицинских технологий, касается способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования, которое может быть использовано для гемореологического экспресс-анализа, непосредственно во время процедуры забора крови для лабораторных анализов осуществлять определение (замер) вязкости крови - важного информативного и диагностического показателя как самой крови и сосудистой системы, так и некоторых органов, изменяющих при заболеваниях реологические свойства крови.

Изобретение предназначено для применения в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях. Способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов включает подсчет числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси и ее компонентов.

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств порошкообразных материалов - текучести, то есть способности порошка протекать через данное сечение в единицу времени под воздействием движущей силы.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ подготовки угля для получения кокса включает набивание угля в емкость для получения образца, на который помещают материал, имеющий сквозные отверстия, проходящие сверху донизу, нагревают полученный образец и измеряют расстояние проникновения, на которое расплавленный образец проникает внутрь указанных сквозных отверстий. Расстояние проникновения индивидуальной марки угля устанавливают на заданном значении или на значении, меньшем, чем заданное. Заданное значение расстояния проникновения марки угля, который должен быть подготовлен, определяют по уравнениям: расстояние проникновения = 1,3 х а х logMFc (1) или расстояние проникновения = а' х logMFc+b(2), где а и а' постоянные, составляющие от 0,7 до 1,0 от коэффициента logMF, полученного с помощью измерения расстояния проникновения, и значения logMF, по меньшей мере, одного из углей, который удовлетворяет условию logMF < 2,5, и построения линии регрессии, которая проходит через начало координат, с использованием измеренных значений, и где MFc представляет собой максимальную текучесть по Гизелеру для угля, который должен быть подготовлен, а где b представляет собой постоянную, определенную с помощью среднего значения стандартного отклонения расстояния проникновения или больше и среднего значения, умноженного на 5, или меньше. Заданное значение расстояния проникновения должно составлять 15 мм или должно представлять собой среднее значение расстояния проникновения видов угля, умноженное на 2, или больше. Изобретения позволяют более точно оценить термопластичность угля и спекающей добавки и получить высокопрочный металлургический кокс. 8 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл., 1 пр.

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам и устройствам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, и могут быть использованы в системах определения объема и массы жидкостей. Датчик характеристик среды с вибрационным чувствительным элементом и встроенным термопреобразователем перемещают в исследуемой жидкости на различных уровнях погружения и измеряют плотность и вязкость жидкости, контролируя изменение частоты колебаний чувствительного элемента датчика, одновременно измеряя температуру жидкости. Измерение уровня производят путем подсчета количества сигналов за определенную длину перемещения датчика. Обрабатывая данные плотности, вязкости и температуры определяют такие параметры жидкости, как уровни ее расслоения и уровни границ раздела сред жидкостьвоздух, нефтепродуктподтоварная вода. Устройство для реализации способа содержит датчик 1, состоящий из вибродатчика 1.1 и термопреобразователя 1.2. Датчик 1 прикреплен к ленточному кабелю 2, наматываемому на барабан 3, который вращается шаговым двигателем 4. Кабель 2 при своем протягивании вращает измерительное колесо 5 с энкодером 6. Кабель 2 снабжен индуктивным датчиком 7 натяжения и датчиком 8 верхнего положения. Другой конец кабеля 2 соединен с электронным блоком 9. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх