Имитационный способ поверки плотномеров поплавкового типа

Авторы патента:

Галкин Александр Сергеевич (RU)

Яковлев Александр Леонидович (RU)

Мустаев Наиль Явдатович (RU)

Лакеев Андрей Иванович (RU)

Демичев Анатолий Иванович (RU)

G01N9/10 - путем наблюдения за телами, полностью или частично погруженными в жидкие вещества

Владельцы патента RU 2730403:

Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при поверке плотномеров поплавкового типа. Предложен имитационный способ поверки плотномеров поплавкового типа для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей и сжиженных газов, заключающийся в измерениях плотности компаратора (жидкости), с помощью поверяемого поплавкового плотномера и эталонного плотномера, и определении абсолютной погрешности измерений плотности. При этом в качестве компаратора используется вода или другая жидкость без вредных, взрывоопасных и горючих свойств с плотностью выше диапазона измерений поверяемого плотномера. Перед измерением плотности на поплавок поверяемого плотномера в нижней его части закрепляются симметрично в диаметрально противоположных точках два груза определенной массы, обеспечивающие сдвиг шкалы диапазона измерений плотности поверяемого плотномера до значения плотности компаратора. Поверка проводится при нормальном атмосферном давлении, после проведения поверки грузы с поплавка плотности снимаются. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных.

В настоящее время известно множество устройств для измерений плотности жидкости в резервуарах - плотномеров. Широкое распространение получили плотномеры поплавкового типа. Наиболее точными плотномерами из этого класса являются магнитострикционные поплавковые плотномеры. Известно два основных вида таких плотномеров:

1 - c частичным погружением поплавка для измерений плотности в поверхностном слое жидкости (поверхностные двухпоплавковые плотномеры: поплавки уровня и плотности), например, описанные в патентах RU №2138028 G01F 23/68, G01N 9/10 от 05.08.1998 г., US 7,278,311 G01F 23/76 от 24.05.2006 г., RU №2351903 G01F 23/28 от 17.12.2007 г., РФ RU №2710008 G01F 23/68 от 17.05.2019 г.;

2 - c полным погружением поплавка для измерений плотности в любом слое жидкости по высоте резервуара (погружные однопоплавковые цепочные плотномеры), например, описанные в патентах RU №2273838 G01N 9/12, G01F 23/62 от 19.05.2005 г., RU №2308019 G01N 9/12 от 20.04.2006 г.

Так как плотномер является средством измерений, то существует задача определения качества измерений, главной характеристикой которого является погрешность измерений - отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Определение погрешности измерений осуществляется в процессе поверки средств измерений после их изготовления или ремонта - первичная поверка и в процессе эксплуатации - периодическая поверка.

При поверке плотномеров используются следующие основные способы:

1 - прямое измерение поверяемым плотномером плотности стандартного образца жидкости с известной плотностью, находящейся в диапазоне измерений плотности поверяемого плотномера;

2 - сличение показаний поверяемого плотномера и эталонного плотномера, при измерении плотности жидкости - компаратора, причем плотность компаратора должна находиться в диапазоне измерений плотности поверяемого и эталонного плотномеров.

Известные способы поверки плотномеров обладают существенными недостатками.

Первый способ:

- стандартные образцы имеют высокую стоимость и ограниченный срок службы из-за загрязнения в процессе проведения поверок;

- набор стандартных образцов ограничен по значениям плотности (отсутствуют стандартные образцы с плотностью менее 650 кг/м³ для поверки плотномеров для сжиженных газов).

Второй способ:

- при поверке плотномеров для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей необходимо соблюдать установленные требования техники безопасности и охраны труда, что существенно усложняет и удорожает поверку плотномеров, после поверки необходимо очищать средства измерений от опасных жидкостей и проводить утилизацию этих жидкостей;

- для поверки плотномеров для сжиженных газов под давлением насыщенных паров необходимо создавать дорогостоящие установки, после поверки необходимо выполнить дегазацию установки.

Наиболее близким к заявляемому имитационному способу поверки плотномеров поплавкового типа является способ сличения показаний поверяемого плотномера с показаниями эталонного плотномера при измерении плотности жидкости (компаратора), недостатки которого описаны выше. Указанный способ изложен в Государственной поверочной схеме для средств измерений плотности, утвержденной приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 ноября 2019 г. №2603. Согласно этому способу (п. 7.2) «Рабочие эталоны применяют для передачи плотности средствам измерений плотности сличением при помощи компаратора… В качестве компаратора применяют воду, жидкости углеродного состава, растворы кислот, растворы Туле, сжиженные углеводородные газы».

Задачей, для решения которой предназначен заявляемый имитационный способ поверки плотномеров поплавкового типа, является создание имитационного способа поверки плотномеров поплавкового типа, в том числе для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей и сжиженных газов, с применением в качестве компаратора воды или другой жидкости без вредных, взрывоопасных и горючих свойств и поверки плотномеров при атмосферном давлении, что позволит значительно уменьшить затраты на проведение поверки.

Поставленная задача достигается созданием имитационного способа поверки плотномеров поплавкового типа для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей и сжиженных газов, заключающегося в измерениях плотности компаратора (жидкости), с помощью поверяемого поплавкового плотномера и эталонного плотномера, и определении абсолютной погрешности измерений плотности, при этом в качестве компаратора используется вода или другая жидкость без вредных, взрывоопасных и горючих свойств с плотностью выше диапазона измерений поверяемого плотномера, перед измерением плотности на поплавок поверяемого плотномера в нижней его части закрепляются симметрично в диаметрально противоположных точках два груза определенной массы, обеспечивающие сдвиг шкалы диапазона измерений плотности поверяемого плотномера до значения плотности компаратора, поверка проводится при нормальном атмосферном давлении, после проведения поверки грузы с поплавка плотности снимаются.

Сущность заявляемого имитационного способа поверки плотномеров поплавкового типа для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей и сжиженных газов заключается в следующем. При поверке плотномеров на поплавок плотности плотномера в нижней его части закрепляются симметрично в диаметрально противоположных точках два груза определенной массы для сдвига диапазона измерений плотности и плотномер помещается в жидкость (компаратор), в качестве которого, например, применяется вода. При этом плотность компаратора выше диапазона измерений плотности поверяемого плотномера. Плотность компаратора измеряется с помощью эталонного плотномера и поверяемого плотномера, при этом определяется абсолютная погрешность измерений плотности поверяемого плотномера по формуле:

где ρ_изм. - значение плотности компаратора, измеренное поверяемым плотномером с учетом сдвига шкалы диапазона измерений;

ρ_эт. - значение плотности компаратора, измеренное с помощью эталонного плотномера.

Суммарная масса грузов выбирается такой, чтобы обеспечить сдвиг шкалы диапазона измерений поверяемого плотномера на величину ρ_сдв., после чего плотномер может измерять плотность компаратора (воды).

где ρ_пл. значение плотности жидкости в диапазоне измерений плотномера. Таким образом, можно поверять плотномеры в любом диапазоне измерений плотности, имеющем ограничение:

где ρ_к - плотность компаратора.

Рекомендации для правильного выбора компаратора приведены в книге «Артемьев Б.Г., Лукашов Ю.К. Справочное пособие для специалистов метрологических служб. - М.: ИПК - Издательство стандартов, 2004. - 840 с.», на стр. 187 «К четвертой группе относятся компарирующие факторы (в том числе … естественные среды). Для этих факторов требуется лишь стабильность во времени и однородность в объеме, достаточном для размещения сличаемых средств измерений. … Абсолютное значение величин, характеризующих эти факторы, не так существенно. Необходимо лишь, чтобы они обеспечивали функционирование сличаемых средств в их диапазонах измерений. Достаточно контролировать их стабильность».

Из выше приведенного следует, что, например, вода полностью соответствует требованиям, предъявляемым к компараторам.

Математические вычисления, используемые при реализации заявляемого имитационного способа поверки плотномеров поплавкового типа приведены ниже для двух видов поплавковых плотномеров: двухпоплавковых (поверхностных) с частичным погружением поплавка плотности в жидкость и однопоплавковых (погружных) с полным погружением поплавка плотности в жидкость.

Поверхностный плотномер (двухпоплавковый) с частичным погружением поплавка плотности.

Уравнение равновесия поплавка плотности в рабочем диапазоне измерений (без груза):

где М_П - масса поплавка плотности;

V_П - объем погруженной части поплавка плотности;

ρ₁ - плотность жидкости.

Уравнение равновесия поплавка уровня в рабочем диапазоне измерений:

где М_У - масса поплавка уровня;

V_У - объем погруженной части поплавка уровня в жидкость с плотностью ρ₁.

После сложения уравнений (4) и (5) получим:

отсюда

Уравнение равновесия поплавка плотности при поверке с применением компаратора с плотностью, равной ρ₂ (с грузом):

где М_Г - масса груза;

V_Г - объем груза, который равен

где ρ_Г - плотность материала груза.

Уравнение равновесия поплавка уровня при поверке с применением компаратора с плотностью, равной ρ₂:

где V_У2 - объем погруженной части поплавка уровня при плотности, равной ρ₂.

После сложения уравнений (8) и (10) получим:

отсюда

Сдвиг шкалы диапазона измерений плотномера при поверке с грузом

причем

После подстановки в формулу (13) формул (7) и (12) получим

Таким образом, изменяя массу груза можно поверить поверхностный поплавковый плотномер в компараторе (например, в воде) в любой точке диапазона измерений плотности поверяемого плотномера (определить погрешность измерений плотности, измеряя плотность компаратора эталонным плотномером) при условии соблюдения условия (14).

Погружной плотномер (однопоплавковый цепочный с полным погружением поплавка плотности).

Уравнение равновесия поплавка плотности в рабочем диапазоне измерений плотности (без груза):

отсюда

где ρ₁ - плотность жидкости;

М_П - масса поплавка плотности;

М_Ц - масса цепочной подвески;

V_П - объем поплавка плотности;

V_Ц - объем цепочной подвески,

в свою очередь

где L_Ц - длина цепочной подвески;

М_ЦП - погонная масса цепочной подвески;

где ρ_Ц - плотность материала цепочной подвески.

отсюда

где М_Г - масса груза при поверке;

V_Г - объем груза

где ρ_Г - плотность материала груза.

Сдвиг шкалы диапазона измерений плотномера при поверке с грузом

причем

После подстановки в формулу (23) формул (17) и (21) получим

Таким образом, изменяя массу груза можно поверить погружной плотномер в компараторе (например, в воде) в любой точке диапазона измерений плотности поверяемого плотномера (определить погрешность измерений плотности, измеряя плотность компаратора эталонным плотномером) при условии соблюдения условия (24).

На предприятии были проведены испытания по определению погрешности измерений плотности плотномеров для измерения плотности бензина АИ-92, керосина, дизельного топлива, сжиженного углеводородного газа (СУГ) сначала на компараторе, в качестве которого была вода, и затем непосредственно в вышеуказанных продуктах. Результаты определения погрешности измерений плотности совпали в обоих случаях с учетом погрешности эталонных средств измерений.

Испытания были проведены как на поверхностных (двухпоплавковых) плотномерах, так и на погружных (однопоплавковых цепочных) плотномерах. Полученные результаты полностью подтвердили точность предлагаемого имитационного способа поверки плотномеров поплавкового типа.

Имитационный способ поверки плотномеров поплавкового типа для ядовитых, взрывоопасных, горючих жидкостей и сжиженных газов, заключающийся в измерениях плотности компаратора (жидкости), с помощью поверяемого поплавкового плотномера и эталонного плотномера, и определении абсолютной погрешности измерений плотности, отличающийся тем, что в качестве компаратора используется вода или другая жидкость без вредных, взрывоопасных и горючих свойств с плотностью выше диапазона измерений поверяемого плотномера, перед измерением плотности на поплавок поверяемого плотномера в нижней его части закрепляются симметрично в диаметрально противоположных точках два груза определенной массы, обеспечивающие сдвиг шкалы диапазона измерений плотности поверяемого плотномера до значения плотности компаратора, поверка проводится при нормальном атмосферном давлении, после проведения поверки грузы с поплавка плотности снимаются.

Изобретение относится к способам и устройствам определения плотности жидкости. Техническим результатом является повышение точности измерений в широком диапазоне изменения плотности жидкостей, исключение субъективных ошибок при измерениях и легкая автоматизация процесса измерений.

Способ определения плотности жидкости (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) // 2710082

Изобретение относится к способам и устройствам определения плотности жидкости. Устройство измерения плотности жидкости включает емкость с жидкостью и открытый цилиндрический тонкостенный стакан постоянного диаметра, выполняющий роль поплавка или плунжера, в зависимости от плотности жидкости, верхняя кромка стакана поплавка имеет выступающую за его диаметр коническую развальцовку, за которую равномерно расположенными по окружности центрирующими по конической поверхности захватами поплавок свободно подвешен к цилиндрической торцевой шайбе якоря линейного привода с закрепленным на ней цилиндрическим чувствительным элементом электронных весов так, что между торцом поплавка и цилиндрическим чувствительным элементом имеется зазор, тело плунжера в виде цилиндра постоянного диаметра имеет хвостовик с торцевой шайбой, лежащей на цилиндрическом чувствительном элементе электронных весов, располагающемся в цилиндрической коробке, верхняя плоскость цилиндрической коробки закреплена на якоре линейного привода соосно с ним, в емкость для жидкости введена вертикально трубка подачи в нее жидкости с установленным на ней вентилем, емкость имеет переливное устройство, расположенное по периметру емкости и соединенное с вертикальной трубкой отвода перелитой жидкости в сборный стакан с дренажной трубкой, оснащенной вентилем.

Плотномер // 2710081

Изобретение относится к устройствам определения плотности жидкости и может использоваться в пищевой, нефте- и газодобывающей промышленности, а также в общей лабораторной практике при измерении плотности жидкости.

Способ измерения плотности среды // 2689284

Изобретение относится к технологии прецизионных измерений плотности жидких, газожидкостных и газообразных сред при их перекачивании и хранении. Способ измерения плотности среды, включает взвешивание не заполненного пикнометра, выполненный в виде цилиндра с поршнем внутри и связанный при помощи тяги с тензодатчиком, после чего надпоршневую полость пикнометра заполняют гидравлической жидкостью, а в подпоршневую полость поршневого пикнометра под избыточным давлением подают измеряемую среду, затем, воздействуя давлением среды осуществляют подъем поршня, при этом противодавление гидравлической жидкости в надпоршневой полости, посредством ее перетока из надпоршневой полости пикнометра в накопительную емкость, постепенно снижают, после заполнения полости поршневого пикнометра измеряемой средой и достижения поршнем заданного положения, осуществляют взвешивание пикнометра со средой при помощи тензодатчика и по разнице весов не заполненного и пикнометра с измеряемой средой, определяют плотность среды.

Набор для комплексной диагностики эндопаразитов животных методом копроскопии // 2683324

Изобретение относится к области ветеринарной паразитологии, в частности для диагностики эндопаразитов животных методом копроскопии. Набор состоит из двух пластиковых пробирок с герметичной резьбой на 20 мл, замка-фильтра с двусторонней резьбой для пробирок и двумя сетками разного размера - для пробирки 1 диаметр 500 мкм и пробирки 2 диаметр 150 мкм, ложки-мешалки, пластиковой петли диаметром 7 мм и флакона с комбинированным раствором сульфата магния и нитрата натрия плотностью 1,34, предметного и двух покровных стекол и инструкции по применению.

Глубинный пикнометр "пентометр" // 2611812

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для измерения параметров пластовых флюидов по глубинным пробам непосредственно на скважине без применения стационарных PVT установок.

Устройство для определения плотности жидких сред // 2493551

Изобретение относится к области контроля плотности жидких сред и может быть использовано для непрерывного контроля плотности технологических жидкостей. Устройство для измерения плотности жидких сред содержит выполненные из немагнитного материала измерительную камеру с поплавком, внутри которого находится магниточувствительное вещество.

Способ определения дебитов и плотности пластового флюида нефтяных пластов и слоев пониженной, низкой и ультранизкой продуктивности // 2484246

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам определения дебитов и плотности пластового флюида нефтяных пластов и слоев пониженной, низкой и ультранизкой продуктивности, объединенных в общий эксплуатационный объект скважины.

Способ и устройство для измерения плотности жидкости // 2457461

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности жидкостей в нефтяной, химической, пищевой промышленности и в других областях.

Вибрационный датчик для определения плотности жидкости // 2455628

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения плотности жидких сред в различных резервуарах, в том числе в аппаратах под давлением.

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости // 2730404

Устройство для измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре содержит звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала, защитную трубу, постоянный магнит маркера, поплавки уровня и плотности с расположенными в них постоянными магнитами, к нижней части защитной трубы прикреплен защитный кожух, к верхней части которого подвешен с помощью уравновешивающих цепочек поплавок плотности, при этом четыре уравновешивающие цепочки прикреплены к верхнему концу защитного кожуха в двух диаметрально противоположных точках и к нижней части поплавка плотности в двух диаметрально противоположных точках с поворотом на 90° относительно точек крепления уравновешивающих цепочек на защитном кожухе. При низком уровне жидкости в резервуаре происходит опускание поплавка уровня на поплавок плотности, при этом для исключения ошибки измерений в микропроцессорной схеме управления и обработки сигналов происходит запоминание последнего правильного значения плотности продукта. Техническим результатом является создание устройства для измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре, позволяющего измерять плотность в нижней части резервуара в широком диапазоне плотности и температуры с минимальными размерами плотномера и с расширенным диапазоном измерения уровня в нижней части резервуара. 8 ил.