Пристрій для вимірювання густини зріджених середовищ

1 Пристрій вимірювання густини рідких середовищ, що містить чутливий елемент, виготовлений із двох ізольованих один від другого провідників, які під'єднані до виходу генератора зондувальних високочастотних імпульсів і входу імпульсного приймача зондувального і відбитого імпульсів, вихід приймача з'єднаний із входом підсилювача, вихід якого через аналого-цифровий перетворювач (АЦП) під'єднаний до виходу обчислювального блока, вихід якого з'єднаний із входом індикатора, який відрізняється тим, що в нього додатково введено термоелектричний перетворю вач температури в електрорушійну силу, холодні КІНЦІ якого стабілізовані термостатом, перетворювач гідростатичного тиску в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму, блок пам'яті і блок програмно-алгоритмічного забезпечення та нормуючий підсилювач електрорушійної сили в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму, а (АЦП) і блок пам'яті виконано триканальними, при цьому вихід термоперетворювача температури через нормуючий підсилювач під'єднаний до входу другого каналу АЦП, а вихід перетворювача тиску з'єднаний з входом третього каналу АЦП, перший, другий та третій виходи якого під'єднані до ВІДПОВІДНИХ виходів блока пам'яті, вихід котрого з'єднаний з входом обчислювального блока, а перший, другий, третій та четвертий керуючі виходи блока програмно-алгоритмічного забезпечення з'єднані ВІДПОВІДНО З керованими входами АЦП, блока пам'яті, обчислювального блока та індикатора Винахід відноситься до електричних вимірювань неелектричних величин і може бути використаний при контролі технологічних параметрів (густини, температури, тиску, рівня) при транспортуванні, зберіганні, витратах нафтопродуктів (нафти, бензину, солярки, мазуту, тощо), а також при комерційних розрахунках за нафтопродукти Відомо про засоби вимірювання густини рідин поплавкові, пікнометричні, п'єзометричні і радіоактивні (див наприклад, Краткая химическая энциклопедия, т 4, Изд «Советская энциклопедия», М, 1965, с 319-323) [1] Недоліки цих засобів вимірювання густини рідин загальновідомі До них належать низька точність вимірювання, велика інерційність, залежність від ЗОВНІШНІХ впливів (температури, тиску, тощо) Окрім цього ці засоби вимірювання важко піддаються автоматизації Відомо також про засіб для вимірювання густини р рідини, який може бути аналогом до пропонованого винаходу, названий п'єзометричним Згідно з цим засобом густину р вимірюють, користуючись ЛІНІЙНОЮ залежністю гідростатичного тиску Р від густини при постійному значенні рівня hj PFPflh, (1) де q - прискорення земного тяжіння, м/с2 Формула (1) справедлива лише для відкритих цистерн, коли нафтопродукти знаходяться під атмосферним тиском Для закритих цистерн (танків) залежність (1) видозмінюється на AP,=p,gh, (2) де ДР - перепад тисків газової та рідкої фази нафтопродуктів Названий засіб, реалізує формули (1) і (2), вимірює р лише при умові h=const Окрім цього, цей засіб не враховує залежності густини від температури 2 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що як термостат використано джерело потрійної точки води 49429 p=Po(1+P(t20-ti))(3) I де ро - густина рідини (середовища), визначена в нормальних умовах, тобто при t 2 0 =20°C [ - коефіцієнт об'ємного розширення середоЗ вища, 1/°С t, - фактична температура зберігання (експлуатації) нафтопродуктів Крім відзначених недоліків (h=const, температурна залежність р) засіб вимірювання густини характеризується ще і вищезгаданими недоліками інших засобів вимірювання р Слід ВІДМІТИТИ, ЩО аналог з-за необхідності підтримувати h = const не може бути використаний при перевантаженні цистерн (танків), тобто в моменти, коли рівень h змінюється, тобто h=var Прототипом до пропонованого винаходу може бути поліметрична система вимірювання рівня згідно з патентом РФ №2029960, G01F, 23/24 від 27 02 95 р , Бюл 6 [2] Поліметрична система вимірювання рівня згідно з [2] складається із чутливого елемента (давача), виконаного із двох ізольованих один від другого провідників, які під'єднані до виходу генератора зондувальних високочастотних імпульсів і входу імпульсного приймача зондувального і відбитого імпульсів, вихід приймача з'єднаний з входом підсилювача, вихід якого через аналого-цифровий перетворювач (АЦП) під'єднаний до входу обчислювального блока, вихід котрого з'єднаний з входом індикатора До недоліків прототипу слід віднести той факт, що він вимірює тільки один із двох параметрів, що входять у формулу (1), необхідних для визначення р, а саме h Окрім цього, за допомогою прототипу [2] не можна вносити поправку на температурну залежність густини, тобто відсутня можливість вимірювання температури t, (див формулу (3)) В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для вимірювання густини зріджених середовищ, в якому за рахунок додаткового введення окремих елементів забезпечується автоматичне підвищення точності та ефективності вимірювання густин рідких середовищ Поставлену задачу вирішують тим, що в засіб вимірювання густин рідких середовищ, що містить чутливий елемент (давач), виконаний із двох ізольованих один від другого провідників, які під'єднані до виходу генератора зондувальних високочастотних імпульсів і входу імпульсного приймача зондувального і відбитого імпульсів, вихід приймача з'єднаний з виходом підсилювача, вихід якого з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем, а вихід обчислювального блока з входом індікатора, згідно з винаходом додатково введено термоелектричний перетворювач температури в електрорушійну силу (є р с ), холодні КІНЦІ якого стабілізовані термостатом, перетворювач гідростатичного тиску, або перепаду тисків, в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму, блок пам'яті і блок програмно-алгоритмічного забезпечення та нормуючий підсилювач е р с в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму, а АЦП і блок пам'яті виконані трьохканальними, при цьому вихід термоперетворювача температури через нормуючий підсилювач під'єднаний до входу другого каналу АЦП, а вихід перетворювача тиску (або перепаду тиску) під'єднаний до входу третього каналу АЦП, перший, другий та третій виходи якого під'єднані до ВІДПОВІДНИХ виходів блока пам'яті, вихід котрого з'єднаний з входом обчислювального блока, а перший, другий, третій та четвертий керуючі виходи блока програмно-алгоритмічного забезпечення з'єднані ВІДПОВІДНО З керованими АЦП, блока пам'яті, обчислювального блока та індикатора На фігурі зображено блок-схему запропонованого засобу вимірювання густини Чутливий елемент 1, виконаний у ВІГЛЯДІ двох ізольованих один від другого провідників, занурено у рідину, густину якої вимірюють На деякій відстані від чутливого елемента 1 (або поруч) занурено і термоелектричний перетворювач температури 2, який під'єднано до термостата 3 До ємкості з рідиною підключено перетворювач тиску (або перепадів тиску) в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму 4 Чутливий елемент 1 з'єднано з імпульсним приймачем зондувального і відбитого імпульсів 5 та генератором зондувальних високочастотних імпульсів 6 Імпульсний приймач 5 через підсилювач 7, термостат 3 через нормуючий підсилювач є р с в уніфікований сигнал сили (напруги) постійного струму і перетворювач тиску 4 під'єднані до входу аналого-цифрового перетворювача 9, виходи якого з'єднані з блоком пам'яті 10 і далі з обчислювальним блоком 11 Вихід обчислювального блока з'єднаний з індикатором 12 Блоки 9, 10, И и 12 з'єднані з блоком програмноалгоритмічного забезпечення 13 Як термостат використано джерело потрійної точки води Пропонований засіб вимірювання густини pj працює так Вимірювання поточних значень густини рі через поточні значення складових ДРі.п, (див формули 4 та 5) здійснюються одночасно, оскільки пропонований засіб вимірювання являє собою поліметричну систему із трьома вимірювальними каналами (ВК) ВК рівня - п, ВК тиску - Р, (або ДР,) і ВК температури - t, (див формулу 3), які працюють паралельно Виміряні значення Р, (або ДР,), п, та t, надходять одночасно на ВІДПОВІДНІ ВХОДИ АЦП 9, з виходів якого вони запам'ятовуються блоком пам'яті 10 Процесом вимірювання, запам'ятовування, обчислювання та індикації керує блок 13 програмно-алгоритмічного забезпечення, в якому закладено алгоритм обчислень згідно з формулами (4,5,3) та значення t2o=20°C Як правило, формулу (3) використовують для приведення виміряних поточних значень Р, до нормальних умов, тобто до значення Ро при 20°С Вимірювання параметрів P. (або ДР.), hi, та t, здійснюються багаторазово (40 раз), що забезпечується швидкодіючим АЦП 9 Запропонований засіб дозволяє визначити поточні, середні та інтегральні значення густини у ВІДПОВІДНОСТІ до програми роботи засобу, закладеної в блок 13 Окрім цього, програмним шляхом алгоритм роботи засобу (при необхідності) може бути змінений Точність вимірювання р винаходом висока, бо забезпечена шляхом вибору, напри 49429 клад, електричного перетворювача температури типу РТ001 (класу точності 0,1) в силу постійного струму 4-20мА, термоелектричного перетворювача температури з похибкою +0,05°С, а вимірювання рівня запропонованим засобом може забезпечити похибку 0,5-Змм в діапазоні И,=0-20м Окрім цього, висока точність вимірювання Р,(Ро) підкріплена і програмно-алгоритмічним забезпеченням шляхом спеціального алгоритму обробки багаторазових вимірювань Pi,h,,t і за короткий проміжок часу, що зменшує випадкову похибку і підвищує достовірність результатів вимірювання Таким чином, запропонований винахід усуває всі вище задані недоліки аналогів і прототипу, автоматизує процес вимірювання і може бути використаний в телеметричних системах керування технологічним процесом транспортування нафтопродуктів в магістральних нафтопроводах із центрального диспетчерського пункту або в нафтосховищах чи нафтоналивних терміналах і кораблях танкерах ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71