Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре



Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре
Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре

 

G01N29/46 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2614343:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Способ относится к области измерительной техники и может быть использован для оперативного контроля уровня и плотности жидкости в баках резервуарного парка, что актуально для предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, авиационной, медицинской, пищевой промышленности. Способ заключается в том, что для измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре, формируют импульсный акустический сигнал, осуществляют прием отраженного от жидкости акустического сигнала и преобразования его в электрический сигнал, который подвергают аналого-цифровому преобразованию, оцифрованный отраженный сигнал и зондирующий сигнал подвергают преобразованию Фурье, полученные комплексные амплитудные спектры зондирующего и отраженного сигналов представляют в показательной форме, выделяют их амплитудные и фазовые составляющие, искомые уровень HX и плотность ρX жидкости определяют как решение математических выражений. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа, связанных с обеспечением комплексного определения одновременно двух параметров: уровня и плотности жидкости, находящейся в емкости резервуарного парка. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оперативного контроля уровня и плотности жидкости в баках резервуарного парка, что актуально для предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, авиационной, медицинской, пищевой промышленности.

Аналогами изобретения являются способы и устройства (RU №151875, МПК G01F 23/00, опубл. 20.04.2015, RU №135121, МПК G01F 1/86, опубл. 27.11.2013, RU №2221234, МПК G01N 9/24, G01N 29/18, опубл. 10.01.2004, RU №2210764, МПК G01N 29/02, опубл. 20.08.2003, RU №2312311, МПК G01F 23/296, G01F 23/68, опубл. 10.12.2007, RU №115886, МПК G01F 1/86, опубл. 10.05.2012, RU №78308, МПК G01F 23/284, опубл. 20.11.2008, RU №53002, МПК G01B 17/00, опубл. 27.04.2006), заключающиеся в том, что в направлении контролируемой жидкости посылают зондирующий импульс, который отражается от границы раздела сред, по различным алгоритмам вычисляют искомые параметры, обрабатывая информацию об отраженном сигнале.

Недостатком известных способов являются недостаточные функциональные возможности, связанные с тем, что они позволяют определять только один параметр: уровень или плотность. Это затрудняет их применение в системах оперативного дистанционного контроля жидких сред, не дает возможности создавать приборы, реализующие комплексные измерения параметров посредством использования одного датчика.

Прототипом изобретения является способ определения уровня жидкости (RU №2447280, МПК E21B 47/047, G01F 23/296, опубл. 10.04.2012), заключающийся в том, что формируют импульсный акустический сигнал, осуществляют прием отраженного от жидкости акустического эхосигнала, осуществляют преобразование его в электрический сигнал, который подвергают аналого-цифровому преобразованию, оцифрованный сигнал подвергают преобразованию Фурье.

Недостатком прототипа являются малые функциональные возможности, связанные с его применением только для измерения уровня жидкости.

Поставлена задача: расширить функциональные возможности способа, связанные с обеспечением комплексного определения одновременно двух параметров: уровня и плотности жидкости, находящейся в емкости резервуарного парка.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе, в котором формируют импульсный акустический сигнал, осуществляют прием отраженного от жидкости акустического сигнала и преобразования его в электрический сигнал, который подвергают аналого-цифровому преобразованию, оцифрованный сигнал подвергают преобразованию Фурье, согласно изобретению зондирующий сигнал подвергают преобразованию Фурье, определяют амплитудные и фазовые составляющие спектральной плотности, искомые уровень HX и плотность ρX жидкости определяют из соотношений

,

,

где H0 - общая высота резервуара,

H - расстояние от верхней границы наполнения до границы раздела сред,

ω - частота выборки отсчета в спектральном разложении,

ρI - плотность среды распространения импульсов (среды I)

A(0,ω), ϕ(0,ω) - амплитудная и фазовая составляющие спектрального разложения зондирующего импульса,

A(2H,ω), ϕ(2Н,ω) - амплитудная и фазовая составляющие спектрального разложения отраженного импульса,

d0, d1, a0, a1 - коэффициенты линейной зависимости скорости звука и плотности для I и II среды, соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен резервуар 1 с контролируемой жидкостью, в полости которого установлен волновод 2, на открытом конце которого установлен акустический датчик 3, вход которого подключен к выходу генератора зондирующих импульсов 4. Выход акустического датчика 3 соединен с блоком сбора данных 5, второй вход которого соединен с выходом генератора 4. Для обработки поступившей информации последовательно соединены блок сбора данных 5, блок АЦП 6, блок спектрального анализа 7, выход которого соединен со входами блока вычисления уровня 8 и блока вычисления плотности 9.

Сущность изобретения заключается в следующем. Резервуар 1 заполнен контролируемой жидкостью (среда II), уровень и плотность которой необходимо измерить, свободная часть резервуара заполнена средой I. С генератора 4 на акустический датчик 3 поступает зондирующий импульс p(0,t), представляющий собой сгусток энергии, возбуждающий вокруг себя набор колебаний разных частот, его комплексный амплитудный спектр определяется преобразованием Фурье

Импульс распространяется в среде I по полости волновода 2 до границы раздела сред, его форма на границе раздела и текущем уровне заполнения определится как

его комплексный амплитудный спектр:

где H - расстояние до границы раздела сред,

kI(jω) - волновой вектор среды I, в которой распространяется зондирующий импульс, определяется выражением

где c - фазовая скорость звука,

ρ - плотность среды,

- диссипативный коэффициент,

где η, ζ, ξ, Cpv - динамическая вязкость, вторая вязкость и коэффициент теплопроводности среды, удельные теплоемкости среды в изобарном и изохорном процессах соответственно.

Сигнал отражается от границы раздела сред (часть пришедшего сигнала преломляется, преломленным сигналом следуют пренебречь), его амплитудный спектр имеет вид

где K(jω) - коэффициент отражения.

Коэффициент отражения акустического сигнала на границе раздела двух сред нормальном падении без учета поглощения сред на основе [6] определяется по формуле

где cI, cII, ρI, ρX - скорости звука и плотности контактирующих сред.

Скорость звука c в среде представляется как полиномиальная зависимость от плотности и в общем виде определяется выражением

Для нефтепродуктов с относительной плотностью от 0,651 до 1,076 кг/м3 эта аналитическая зависимость имеет вид

Для любой группы жидких продуктов могут быть составлены линейные зависимости, связывающие скорость звука в среде и ее плотность. Например, для тяжелых нефтепродуктов с диапазоном относительных плотностей 0,8-0,95 кг/м3 зависимость может быть представлена в виде линейной

где KC=1654 [м4/с⋅кг] - коэффициент связи между плотностью и скоростью звука.

Форма сигнала, отразившегося от контролируемой среды II и вернувшегося в точку излучения, определяется по выражению

Отраженный сигнал принимают в блоке сбора данных 5 и проводят преобразование его в электрический сигнал p(2H,t). Также на вход блока сбора данных 5 подают зондирующий сигнал с генератора 4. В блоке АЦП 6 сигналы подвергают аналого-цифровому преобразованию, оцифрованные сигналы в блоке 7 подвергают преобразованию Фурье.

Амплитудные спектры зондирующего и отраженного от контролируемой среды сигнала, прошедшего расстояние 2H (от точки излучения до границы раздела сред и обратно), связаны соотношением

Из выражения (10) следует, что уровень и плотность связаны со амплитудными спектрами сигналов с учетом (9) следующими соотношениями:

Поскольку амплитудные спектры зондирующего и отраженного сигналов являются комплексными величинами, в блоке спектрального анализа 7 производится их разложение на амплитудные и фазовые составляющие путем представления в показательной форме

Приравняв отношения S(0,jω) и S1(2H,jω), выраженные из (15), (16) и (12), получим

Поскольку комплексные числа равны в том случае, если равны их действительные и мнимые части, получим выражения

Полученные данные об амплитудных и фазовых составляющих A(0,ω), A(2Н,ω), ϕ(0,ω), ϕ(2Н,ω) используют для расчета искомых величин уровня и плотности в блоках 8 и 9.

При проведении измерения из распределения амплитудных и фазовых составляющих по частоте выбирают значение частоты, на которой производится расчет (частотная выборка ωi). Под частотной i-й выборкой понимается конкретные значения составляющих спектров A(0,ω), A(2Н,ω), ϕ(0,ω), ϕ(2Н,ω), взятые на частоте ωi.

В блоке 8 рассчитывают расстояние от датчика до границы раздела сред H с учетом (19) и (4) по выражению

Уровень наполнения резервуара контролируемой жидкостью рассчитывают по формуле

Плотность среды II рассчитывают в блоке 9 с учетом (18), (19) согласно выражению

В случае если для объектов измерения можно составить линейные зависимости скорости звука и плотности согласно (8), например как для тяжелых нефтепродуктов выражение (10), тогда расчет плотности производят по выражению

где d0, d1 - коэффициенты полинома (8) для I среды,

a 0, a1 - коэффициенты полинома (8) для II среды.

Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре, заключающийся в том, что формируют импульсный акустический сигнал, осуществляют прием отраженного от жидкости акустического сигнала и преобразования его в электрический сигнал, который подвергают аналого-цифровому преобразованию, оцифрованный сигнал подвергают преобразованию Фурье, отличающийся тем, что зондирующий сигнал также подвергают преобразованию Фурье, определяют амплитудные и фазовые составляющие спектральной плотности, искомые уровень HX и плотность ρX жидкости определяют из соотношений

,

,

где H0 - общая высота резервуара;

Н - расстояние от верхней границы наполнения до границы раздела сред;

ω - частота выборки отсчета в спектральном разложении;

ρI - плотность среды распространения импульсов (среды I);

А(0, ω), ϕ(0, ω) - амплитудная и фазовая составляющие спектрального разложения зондирующего импульса;

А(2Н, ω), ϕ(2Н, ω) - амплитудная и фазовая составляющие спектрального разложения отраженного импульса;

d0, d1, а0, а1 - коэффициенты линейной зависимости скорости звука и плотности для I и II среды соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, и может быть использовано для измерения плотности биологической текучей среды неинвазивным способом.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения уровня, мгновенной и интегральной насыпной плотности груза в полувагонах железнодорожного транспорта, обнаружения негабаритного груза, выявления отклонений от сортности, а также для построения распределения уровня (насыпной плотности) по длине полувагона.

Изобретение касается устройства и способа определения плотности жидкости, в частности, сжиженного газа. Устройство для определения плотности жидкости содержит поплавок (20), по меньшей мере одну воздействующую на поплавок (20) измерительную пружину (30, 40), упругая деформация которой является мерой подъемной силы поплавка (20), и магнит (28), который предназначен для регистрации упругой деформации измерительной пружины (30, 40) посредством магнитострикционной системы измерения положения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерении плотности сырой нефти в градусах API. Устройство для применения при измерении плотности сырой нефти в градусах API содержит трубопровод (1) для нефти, термопару (4) в трубопроводе для измерения температуры нефти при контакте с ней, сапфировое окно (3) в трубопроводе, инфракрасный термометр (5, 6) для измерения температуры нефти через окно и средство (20) для сравнения измерений температуры, полученных термометрами, с получением меры излучательной способности сырой нефти и, таким образом, ее плотности в градусах API.

Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано в процессах переработки и обогащения железорудного сырья, что ферромагнитные свойства.
Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано для контроля плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы, которые представлены различными соединениями железа и других металлов, физико-механические свойства которых определяют вероятность взаимодействия с магнитным полем.

Изобретение относится к области методов выявления структурных дефектов кристаллов и может быть использовано для исследования дислокационной структуры и контроля качества кристаллов германия.

Изобретения относятся к вибрационным денситометрам и, более конкретно, к вибрационному денситометру с вибрационным элементом для вибрационного денситометра, имеющего улучшенное разделение колебательных мод.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к пневматическим устройствам для измерения плотности сыпучих материалов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения плотности жидкости. В предложенном в изобретении способе, или системе измерения, соответственно, предусмотрен контактирующий с жидкостью (FL) вибрационный корпус (10), который приводится в состояние вибрации таким образом, что он испытывает, по меньшей мере, частично, механические колебания с резонансной частотой (резонансные колебания), зависящей от плотности жидкости, контактирующей с первой поверхностью (10+) вибрационного корпуса, а также от температуры вибрационного корпуса.

Использование: для измерения параметров ультразвуковых волн (УЗВ) при исследованиях физико-механических характеристик материалов и дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что перед проведением основного измерения получают информацию о помехе, для чего в исследуемой среде располагают излучающий и приемный преобразователи, возбуждают и принимают ультразвуковые импульсы, нормируют амплитуду первого вступления, соответствующего волне помехи, запоминают полученный импульс, после чего проводят основное измерение, нормируют амплитуду первого вступления импульса, совмещают его с первым вступлением импульса, полученного при предварительном измерении, и производят вычитание импульсов.
Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований, и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Группа изобретений относится к средствам диагностики целостности корпуса оборудования. Технический результат – повышение точности определения потерь целостности корпуса оборудования.

Изобретение относится к области медицины, в частности к области онкологии и урологии, и касается способа выбора отделов предстательной железы для пункции при диагностике рака предстательной железы.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности.

Изобретение может быть использовано для измерения уровня границы жидкостей с разными плотностями и электропроводностями, диэлектрическими проницаемостями от 1,5 единиц, границы жидкость - осадок на предприятиях нефтегазовой отрасли в атомной энергетике.

Использование: для обнаружения дефектов в стенке трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвуковых преобразователей возбуждают импульсы упругой волны в перекачиваемой по трубопроводу жидкости под заданным углом к внутренней поверхности трубопровода по ходу перемещения дефектоскопа и против перемещения дефектоскопа через равные интервалы пройденного пути, анализируют эхо-импульсы из стенки трубопровода, амплитуды которых превысили заданный пороговый уровень, при этом измеряют время регистрации наибольшего эхоимпульса после каждого возбуждения ультразвукового преобразователя, а дефект считают зарегистрированным, если в течение не менее чем в трех последовательных возбуждениях ультразвукового преобразователя, излучающего ультразвуковые импульсы по ходу движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно уменьшается, или у ультразвукового преобразователя, излучающего против хода движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно увеличивается.

Использование: для обнаружения и анализа отложений в системе, вмещающей жидкость. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает: испускание, на первой стадии, ультразвуковым преобразователем ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка, регистрацию, на второй стадии, регистрирующим средством ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, определение, на третьей стадии, распределения времени пробега регистрируемого ультразвукового отраженного сигнала в зависимости от заданной переменной и анализ, на четвертой стадии, распределения с целью выявления по меньшей мере частичного осаждения отложений на отражающем участке.

Изобретение относится к динамической локализации дефекта в дефектном изделии, полученном ковкой. Система локализации дефекта содержит средства обработки для моделирования операции ковки при помощи численного решения уравнений с получением набора моделей формования изделия, средства ввода для предоставления указанному средству обработки данных относительно дефекта в изделии, средства обработки для добавления к первой модели из набора отметчика дефекта и средства визуализации для отслеживания во времени отметчика дефекта.

Использование: для определения упругих свойств детали с изогнутой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют излучение пучков ультразвуковых волн в направлении точки падения на поверхность детали таким образом, чтобы генерировать волны в упомянутой детали, при этом, зная толщину d1 детали в упомянутой точке падения в первом направлении D1, перпендикулярном к касательной плоскости в этой точке, и толщину d2 во втором направлении D2, образующем определенный угол α относительно первого направления, осуществляют первое измерение времени t1, необходимого передаваемым продольным волнам для прохождения расстояния d1 от упомянутой точки падения, второе измерение времени t2, необходимого передаваемым поперечным волнам для прохождения расстояния d2 от упомянутой точки падения, определяют модуль Юнга и/или коэффициент Пуассона материала на основании продольной VL=d1/t1 и поперечной VT=d2/t2 скоростей.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах.
Наверх