Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости



Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости
G01L9/0002 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению; передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, используемых для измерения давления с помощью электрических или магнитных средств (измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух и более величин давления G01L 15/00; вакуумметры G01L 21/00)

Владельцы патента RU 2682080:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) (RU)

Изобретение предназначено для применения в океанологии и может использоваться в других областях. Сущность изобретения заключается в том, что используют распределенные термопрофилемеры, содержащие по n модулированных по погонной чувствительности по функциям {<p, (z)}, проводников. При этом используют три термопрофилемера с разной температурной (αi) и тензо (βi) чувствительностью . Помещают их в общую мягкую оболочку и устанавливают в среде вдоль измеряемого профиля. Измеряют сопротивления проводников и определяют профиль температуры θ{z), давления P(z) и плотности ρ(z) по формулам:

, , ,

где z - пространственная координата по профилю (в частности, глубина); aj;, bj - коэффициенты разложения θ{z) и P(z) по базису ортогональных функций , , причем коэффициенты aj и bj определяют из решения n систем уравнений вида

αiajibjiβici=R(i, j), ,

где для j=0; для ; Ri0 - интегральное измеренное сопротивление 0-го проводника (немодулированного) i-го профилемера; Rij - интегральное измеренное сопротивление j-го проводника, модулированного функцией ϕj(z) с амплитудой rim на фоне постоянной составляющей rim; Rim - эквивалентное сопротивление проводника i-го профилемера с постоянным погонным сопротивлением rim при начальных условиях; dP{z)/dz - производная по профилю давления в точке z; g(ϕ, z) - ускорение свободного падения в зависимости от географической широты места ϕ и глубины точки z на профиле. Технический результат - одновременность измерения профилей температуры, давления и плотности с повышением точности.

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для использования в океанологии и может использоваться в других областях. Одной из основных целей экспедиционных океанологических исследований является получение вертикальных профилей температуры и плотности в координатах температура-глубина и плотность-глубина, необходимых для использования в современных термодинамических моделях [Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л.: Гидрометеоиздат. 1977. 725 с.].

Плотность морской воды в современных массовых измерениях непосредственно в среде не измеряется, а вычисляется по уравнению состояния из совокупных измерений электропроводности, температуры и давления или скорости звука, температуры и давления. Уравнение состояния для океанических вод связывает эти величины с погрешностью тысячных долей процента (последнее уточнение TEOS-10) [IOC, SCOR and IAPSO, 2010: The international thermodynamic equation of seawater - 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanog0raphic Commission, Manuals and Guides No. 56, UNESCO (English), 196 pp. (Available from http:www.TEOS-10.org)]. Однако для прибрежных вод и морей оно имеет поправки, которые периодически уточняются, и будут уточняться впредь. Желательно исключить использование уравнения состояния морской воды из способа определения профиля плотности.

Способ получения CTD (электропроводность, температура, давление) профилей зондированием с борта судна на океанологических станциях содержит также методическую погрешность временной изменчивости (до нескольких процентов за несколько часов выполнения зондирования), которая в принятой технологии измерений игнорируется.

Способ измерения дискретных мгновенных профилей гидрофизических величин с помощью гирлянд точечных измерителей, расположенных на нескольких горизонтах на подвесках буйковых станций содержит существенную погрешность дискретизации, поскольку измерителей на горизонтах много не бывает.

Известны измерители мгновенного профиля температуры, термопрофилемеры [А.С. 808872 СССР, G01K 7/00. Устройство для измерения температуры. В.А. Гайский. Опубл. 28.02.1981. Бюл. №8], с использованием распределенных датчиков температуры, погонные термочувствительности которых модулированы по функциям из ортогонального базиса. Поскольку термодатчики имеют чувствительность к давлению, то требуется защита их от давления для исключения погрешности от тензоэффекта. Это приводит к повышению тепловой инерции и возрастанию динамической погрешности.

Известны измерители профиля упругих деформаций с использованием распределенных тензометров с модуляцией погонной тензочувствительности также по функциям из ортогонального базиса [А.С. 937998 СССР, G01B 7/18. Устройство для измерения упругих деформаций конструкций. В.А. Гайский, А.Т. Гопко, А.К. Ерохин, И.Ю. Немеш. Опубл. 26.06.1982. Бюл. №23]. Однако такие распределенные тензометры имеют чувствительность к температуре и необходимо исключение погрешности от влияния температуры.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение одновременного измерения мгновенных профилей температуры, давления и плотности с повышением точности за счет исключения погрешности измерения температуры от тензоэффекта и снижения динамической погрешности за счет уменьшения показателя тепловой инерции и исключения погрешности от влияния температуры при измерении давления.

Прототипа предлагаемого способа не найдено.

Эта цель достигается тем, что используют три распределенных профилемера из проводников с разными коэффициентами температурной и тензо чувствительности и с погонными функциями чувствительности к температуре и давлению каждого из n проводников, которые промодулированы по функциям из ортогонального базиса {ϕj(z)}, , помещают их в общую мягкую оболочку и устанавливают в среде вдоль траектории измеряемых профилей θ(z) и P(z), измеряют интегральные сопротивления проводников и определяют профиль температуры по формуле

,

профиль давления по формуле ,

Профиль плотности по формуле

,

где z - пространственная координата по профилю (в частности, глубина); aj - коэффициент разложения профиля температуры θ(z) по базису ортогональных функций {ϕj(z)}, ; bj - коэффициент разложения профиля давления P(z) по базису ортогональных функций {ϕj(z)}, , причем коэффициенты aj и bj определяются из решения n систем уравнений вида

αiajibjiβicj=R(i, j),

где для j=0; для ;

Ri0 - интегральное измеренное сопротивление 0-го проводника (немодулированного) i-го профилемера; Rij - интегральное измеренное сопротивление j-го проводника, модулированного функций ϕj(z) с амплитудой rim на фоне постоянной составляющей rim; Rim - эквивалентное сопротивление проводника i-го профилемера с постоянным погонным сопротивлением rim при начальных условиях; dP(z)/dz - производная по профилю давления в точке z; g(ϕ, z) - ускорение свободного падения в зависимости от географической широты места ϕ и глубины точки z на профиле.

Рассмотрим обоснование предлагаемого способа. Считаем, что для резисторного датчика с известными коэффициентами температурной θ чувствительности по сопротивлению α и сжимаемости β по давлению Р справедливо уравнение для сопротивления

где R00 - известное начальное сопротивление датчика при начальной (нулевой 0°C) температуре и атмосферном (нулевом P=0) давлении.

Распределенный вдоль z датчик будет воспринимать профили θ(z) и P(z) в зависимости от модуляции погонной чувствительности к θ и Р. Для восстановления θ(z) и P(z) удобно воспользоваться разложением профилей θ(z), P(z) и θ(z) P(z) по функциям ϕj(z) из ортогонального базиса {ϕj(z)},

Для определения каждого из коэффициентов aj, bj и cj используется отдельный проводной датчик с погонной чувствительностью, промодулированной по R00 по функции ϕj(z).

Функция ϕ0(z)=1, т.е. распределенный проводной датчик для определения а0, b0 и с0 не имеет модуляции и имеет погонное сопротивление

Тогда для сопротивлений запишем

и 0-го проводника

где L - длина проводника.

Развернем выражение (8)

Рассмотрим слагаемые выражения (9)

Из выражения (9), подставляя (10-13), получим

Для определения неизвестных а0, b0 и c0 необходимо три распределенных проводниках с разными αi, βi.

Для трех распределенных проводников получим три уравнения вида (14), которые представим как систему линейных алгебраических уравнений с тремя неизвестными

Определитель системы имеет вид

И система имеет решение относительно неизвестных a0 и b0, неизвестное c0 находить нет необходимости.

При модуляции Ri0 по функциям ϕj(z) для , являющимися знакопеременными, примем

и получим

Раскроем выражение (18)

Рассмотрим слагаемые выражения (19)

;

;

;

;

;

;

.

Перепишем выражение (19)

Учитывая (15),

получим из (21)

где Rij - измеренное сопротивление j-го проводника i-го профилемера, промодулированного по функции ϕj(z); Ri0 - измеренное сопротивление 0-го проводника i-го профилемера, промодулированного по функции ϕj(z)=rim; Rim - сопротивление проводника со средним уровнем модуляции rim j-х проводников .

Далее неизвестные aj и bj определяются из решения системы из трех уравнений (23) при . Поскольку , т.е. 2⋅(n-1) неизвестных определяются из (n-1) систем уравнений вида (23), определитель (16) всех систем один и тот же.

Таким образом, все коэффициенты разложения aj и bj, , θ(z) и P(z) по ортогональным функциям {ϕj(z)} определены и можно использовать формулы (2) и (3). При использовании способа предполагается, что коэффициенты αi и βi известны из справочных данных для конкретных материалов проводников. Однако эти значения могут быть неточными, поэтому целесообразно их определить при градуировке. Для этого каждый распределенный профилемер надо поместить в три различных состояния известных температуры и давления, для формирования системы уравнений вида, например,

,

,

где Ri01, Ri02, Ri03 - сопротивление проводника 0-ой орты при разных и .

Решение трех систем из трех уравнений, каждая вида (24), с общим определителем

дает значения α1, α2, α3 и β1, β2, β3.

Для определения профиля плотности ρ(z) воспользуемся уравнением гидростатики [Забурдаев В.И., Гайский В.А. Практические формулы взаимосвязи давления и глубины в Черном море. Морской гидрофизический журнал. 2002. №6. С. 16-17; Динамика океана. Под редакцией Ю.П. Доронина. Л.: Гидрометеоиздат. 1980. 304 с.].

где g(ϕ, z) - ускорение свободного падения, зависящее от географической широты места ϕ и глубины z

Таким образом, имеем одновременно все три мгновенных профиля: температуры θ(z), давления P(z) и плотности ρ(z).

Способ измерения профилей температуры, давления и плотности в жидкости с использованием распределенных профилемеров, содержащих по n модулированных по погонной чувствительности по функциям из ортогонального базиса проводников, отличающийся тем, что используют три распределенных профилемера из проводников с разной температурной (αi) и тензо (βi) чувствительностью помещают их в общую мягкую оболочку и устанавливают в среде вдоль траектории измеряемых профилей, измеряют интегральные сопротивления проводников и определяют профиль температуры по формуле

профиль давления по формуле

профиль плотности по формуле

где z - пространственная координата по профилю (в частности, глубина); aj, bj -коэффициенты разложения профилей температуры θ(z) и давления P(z) по базису ортогональных функций причем коэффициенты aj и bj определяются из решения n систем уравнений вида

где для j=0; для

Ri0 - интегральное измеренное сопротивление 0-го проводника (немодулированного) i-го профилемера; Rij - интегральное измеренное сопротивление j-го проводника, модулированного функцией ϕj(z) с амплитудой rim на фоне постоянной составляющей rim; Rim - эквивалентное сопротивление проводника i-го профилемера с постоянным погонным сопротивлением rim при начальных условиях; dP(z)/dz - производная по профилю давления в точке z; g(ϕ, z) - ускорение свободного падения в зависимости от географической широты места ϕ и глубины точки z на профиле.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Лабораторный анализатор плотности газов состоит из турбулентного дросселя, вход которого соединен через тройник с выходом камеры для сжатия газов, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки и размещенной в емкости с охлаждающей жидкостью, и входом измерительной камеры датчика давления, а также пневмотумблера, подключенного к выходу турбулентного дросселя, и отличается тем, что дополнительно содержит микрокомпрессор с электроприводом, аналого-цифровым преобразователем и двумя дополнительными пневмотумблерами, при этом вход микрокомпрессора соединен с входом анализатора, а его выход через один из дополнительных пневмотумблеров соединен с входом камеры для сжатия газов, второй дополнительный пневмотумблер подключен к выходу измерительной камеры датчика давления, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, при этом электропривод микрокомпрессора и аналого-цифровой преобразователь выполнены с возможностью подключения к компьютеру.

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Заявлен лабораторный эффузионный анализатор плотности газов, который содержит турбулентный дроссель 1, выход 2 которого соединен с пневмотумблером 3, камеру для сжатия газов 4, выполненную в виде спирали из тонкостенной металлической трубки и размещенную в емкости 5 с охлаждающей жидкостью, тройник 6 и датчик 7 давления с измерительной камерой 8, снабженной входным 9 и выходным 10 штуцерами.

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Лабораторный анализатор плотности газов содержит турбулентное сужающее устройство, вход которого соединен через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки и размещенной в емкости с охлаждающей жидкостью, и выходом измерительной камеры датчика давления.

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов в мегабарной области давлений. Способ, реализуемый в цилиндрическом устройстве, содержащем заряд взрывчатого вещества, охватывающий корпус с полостью для исследуемого газа, внутри которой коаксиально корпусу размещена дополнительная оболочка, а вдоль оси устройства расположен цилиндрический металлический стержень, включает квазиизэнтропическое нагружение газа, находящегося во внутренней коаксиальной полости устройства, фиксирование движения оболочки, сжимающей исследуемый газ, определение размеров оболочки и стержня в момент максимального сжатия газа.

Изобретение относится к приборостроению. Плотномер для измерения плотности жидкой среды содержит корпус с измерительной полостью, поплавок со встроенным постоянным магнитом в данной полости, электрический датчик положения поплавка, соединенный с блоком вычисления плотности, электромагнит, соединенный с источником питания электромагнита.

Предложен способ определения качества топлива, используя двигательную систему 200, содержащую двигатель 208, сконфигурированный для потребления топлива, имеющий по меньшей мере два расходомера 214, 216.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вибрации. Устройство содержит схему приемника, интерфейсную схему, схему возбуждения, в состав которой входят возбудитель без обратной связи, входные аналоговые фильтры, аналого-цифровой преобразователь, фазовый детектор, генератор сигнала возбуждения, выходные аналоговые фильтры, вибрирующий элемент, содержащий пьезоэлектрические кристаллические элементы.

Изобретение относится к технологии очистки внутренних поверхностей полых изделий, а именно очистки фильтровой части напорных закладных пьезометров от кольматанта.

Система предназначена для определения плотностей и пропорций фаз в потоке многофазной текучей среды (ПМТС), которая может включать в себя нефтяную фазу, водную фазу и газовую фазу из скважины.
Изобретение относится к ледоведению и ледотехнике и может быть использовано в ледовых исследованиях, в частности в районах добычи углеводородов на шельфе замерзающих морей.

Использование: для создания датчика давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой. Сущность изобретения заключается в том, что датчик давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС) содержит корпус, установленную в нем НиМЭМС, состоящую из упругого элемента - круглой мембраны, выполненной за одно целое с периферийным основанием, сформированной на ней гетерогенной структуры из тонких пленок материалов, в которой образованы включенные соответственно в противоположные плечи измерительного моста воспринимающие деформацию разного знака от измеряемого давления тензорезисторы, выполненные в виде соединенных тонкопленочными перемычками одинакового количества имеющих одинаковую форму тензоэлементов, расположенных по окружности на периферии мембраны, измерительные и питающие электрические цепи, соединяющие тонкопленочную НиМЭМС с выходом датчика, закрепленную и размещенную внутри периферийного основания с зазором относительно мембраны и периферийного основания в области, прилегающей к мембране, цилиндрическую втулку с цилиндрическим отверстием вдоль ее оси, в отверстии цилиндрической втулки размещен винт с наружным диаметром, обеспечивающим плотное закрепление винта во втулке с образованием винтового канала для измеряемой среды, ограниченного внутренней поверхностью цилиндрической втулки и наружной поверхностью винта, выполненной в виде однозаходной трапецеидальной резьбы с шагом, определяемым по определенному соотношению.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в рабочих системах, имеющих баки, жидкое или газообразное рабочее тело (РТ), рабочие магистрали и исполнительный рабочий орган.

Изобретение относится к техническим устройствам для измерения давления в пластичных и сыпучих средах, в т.ч. грунтах.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для одновременного измерения давления вне и внутри НКТ и может быть использовано для установки на оборудовании нефтяных скважин с целью получения информации для систем регулирования добычи продукции на нефтяных месторождениях страны.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкости и газов. Тензопреобразователь давления содержит квадратную плоскую диафрагму из монокристаллического кремния с опорной рамкой и четыре продольных тензорезистора.

Изобретение относится к средствам измерения давления и может использоваться в нефтегазовой, химической и т.п. отраслях промышленности.

Изобретение относится к средствам измерения давления и может использоваться в нефтегазовой, химической и т.п. отраслях промышленности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к микромеханическим датчикам, и может быть использовано для создания датчиков для измерения давлений жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия широкого диапазона стационарных и нестационарных температур.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения неэлектрических величин, а именно к тензорезисторным датчикам абсолютного давления на основе кремний-на-изоляторе (КНИ) микроэлектромеханической системы.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения избыточного или абсолютного давления в условиях работы с возможным воздействием большого перегрузочного давления до 1000 бар.

Изобретение относится к поточному передатчику (100) давления технологической текучей среды. Передатчик (100) включает в себя соединительный элемент (102) для технологической текучей среды, сконфигурированный, чтобы соединяться с источником технологической текучей среды.

Изобретение предназначено для применения в океанологии и может использоваться в других областях. Сущность изобретения заключается в том, что используют распределенные термопрофилемеры, содержащие по n модулированных по погонной чувствительности по функциям {<p, }, проводников. При этом используют три термопрофилемера с разной температурной и тензо чувствительностью. Помещают их в общую мягкую оболочку и устанавливают в среде вдоль измеряемого профиля. Измеряют сопротивления проводников и определяют профиль температуры θ{z), давления P и плотности ρ по формулам: ,,,где z - пространственная координата по профилю ; aj;, bj - коэффициенты разложения θ{z) и P по базису ортогональных функций,, причем коэффициенты aj и bj определяют из решения n систем уравнений видаαiaj+βibj+αiβiciR,,где для j0; для ; Ri0 - интегральное измеренное сопротивление 0-го проводника i-го профилемера; Rij - интегральное измеренное сопротивление j-го проводника, модулированного функцией ϕj с амплитудой rim на фоне постоянной составляющей rim; Rim - эквивалентное сопротивление проводника i-го профилемера с постоянным погонным сопротивлением rim при начальных условиях; dP{z)dz - производная по профилю давления в точке z; g - ускорение свободного падения в зависимости от географической широты места ϕ и глубины точки z на профиле. Технический результат - одновременность измерения профилей температуры, давления и плотности с повышением точности.

Наверх