Пристрій для вимірювання густини рідини

Пристрій для вимірювання густини рідини, який містить реєструючий прилад, дифманометр з чутливим елементом у вигляді еластичної мембрани, дві п'єзометричні трубки, заповнені еталон ною рідиною і опущені в рідину на різну глибину, верхньою частиною сполучені з атмосферою, а нижньою - з еластичними ємностями, п'єзометричні трубки мають бокові відводи, з'єднані з дифманометром, який відрізняється тим, що бокові відводи п'єзометричних трубок підведені до дифманометра на одному рівні, еластична мембрана дифманометра з'єднана з електричним блоком, який включає схеми перетворення сигналу і сигналізації, вимірювання величини зміни густини при будь-якому початковому її значенні, електричний блок з'єднаний з показуючими, реєструючими і сигналізуючими приладами, при цьому еластичним елементом ємностей є їх нижні стінки, площі яких не менше як у 100 разів більші за площі внутрішнього перерізу п'єзометричних трубок. Корисна модель відноситься до вимірювального обладнання і може бути використана в різних галузях народного господарства, наприклад, для вимірювання густини промивальної рідини при бурінні нафтових та газових свердловин. При бурінні свердловин необхідно підтримувати у певному співвідношенні тиск "стовпа" промивальної рідини, що знаходиться в свердловині, і пластовий тиск. При деякому перевищенні тиску промивальної рідини над пластовим може бути поглинання промивальної рідини, а перевищення пластового тиску над тиском промивальної рідини може привести до нафтогазоводопроявлень. Тиск промивальної рідини на пласт залежить від глибини свердловини і густини рідини в ній. Тому для виключення аварійних ситуацій, зв'язаних з поглинанням і викидом промивальної рідини, необхідно з великою точністю контролювати густину промивальної рідини, яка закачується в свердловину і яка виходить із неї. Відомий пристрій для вимірювання густини рідин (див. а.с. СРСР №1160275, МПК 4 G01N9/26, публ. 07.06.1985р. Бюл. №21), який включає дві, розміщені на різних рівнях в середовищі, що контролюється, вимірюючі камери, одна стінка у яких виконана у вигляді еластичної мембрани, дифманометр, з'єднаний з цими камерами, і перетворювач дифманометра, що підключений до вторинного приладу, нижня вимірююча камера з'єднана з дифманометром через додаткову камеру, установлену над нею і розділену еластичною мембраною на дві порожнини, при цьому нижня вимірююча камера і порожнина додаткової камери, що з'єднана з нею, повністю заповнені еталонною рідиною. Недоліком пристрою є погіршення точності вимірювання через залежність його показань від температури рідини, а також недостатня чутливість пристрою. Найбільш близьким по технічній суті до технічного рішення, що заявляється (прототипом), є п'єзометричний густиномір (пристрій для вимірювання густини рідини), який включає дві п'єзометричні трубки, що заповнені рівним об'ємом еталонної рідини та опущені в рідину на різну глибину, дифманометр, реєструючий прилад, при цьому верхні кінці трубок з'єднані з атмосферою, а нижні кінці мають еластичні ємності, трубки мають бокові відводи у вигляді сполучених посудин, виконані на одному рівні від нижнього кінця і через диафрагмені заспокоювачі коливань тиску герметично під ю 4151 єднані до вимірюючого приладу (див. а.с. СРСР №890143, МПК З G01N9/26, публ. 15.12.1981р. Бюл. №46). Недоліком цього густиноміра є недостатні чутливість і точність вимірювання внаслідок конструктивних недоліків, а також неможливість вимірювання зміни густини рідини, за любий проміжок часу. Рівень точності вимірювання відомого густиноміра обмежується чутливістю дифманометра, який використовується в ньому, внаслідок використання дроселів у з'єднуючих трубках. Задачею даної корисної моделі є підвищення чутливості пристрою і точності вимірювання, а також забезпечення можливості контролю зміни густини рідини, за любий проміжок часу та при будь-якому початковому її значенні. Для вирішення поставленої задачі у відомому пристрої для вимірювання густини рідини, який містить реєструючий прилад, дифманометр з чутливим елементом у вигляді еластичної мембрани, дві п'єзометричні трубки, заповнені еталонною рідиною і опущені в рідину на різну глибину, верхньою частиною сполучені з атмосферою, а нижньою - з еластичними ємностями, п'єзометричні трубки мають бокові відводи, з'єднані з дифманометром, згідно корисної моделі бокові відводи п'єзометричних трубок підведені до дифманометра на одному рівні, еластична мембрана дифманометра з'єднана з електричним блоком, який включає схеми перетворення сигналу і сигналізації, вимірювання величини зміни густини рідини при будьякому початковому її значенні, електричний блок з'єднаний з показуючими, реєструючими і сигналізуючими приладами, при цьому еластичним елементом ємностей є їх нижні стінки, площі яких не менше як у 100 разів більші за площі внутрішнього перерізу п'єзометричних трубок. На Фіг. показано пристрій для вимірювання густини рідини. Пристрій для вимірювання густини рідини (далі - пристрій) містить дві п'єзометричні трубки 1, заповнені еталонною рідиною і опущені в рідину на різну глибину. Верхньою частиною п'єзометричні трубки сполучені з атмосферою, а нижньою - з еластичними ємностями 2. Пристрій має з'єднання п'єзометричних трубок 1 на одному рівні боковими відводами з дифманометром 3, повністю заповненим еталонною рідиною і розділеним по вертикалі на дві частини вимірюючим вузлом 4 з чутливим елементом 5. Вимірюючий вузол 4 з'єднаний з електронним блоком 6, який включає схеми перетворення сигналу і сигналізації, вимірювання величини зміни густини рідини при будь-якому початковому її значенні. Електронний блок з'єднаний з показуючими 7 та 8, реєструючими 9 і сигналізуючими 10 приладами. П'єзометричні трубки 1 заповнені еталонною рідиною, а нижні стінки еластичних ємностей 2, у вигляді еластичних мембран 11, мають площу S , яка набагато більша площі S1 внутрішнього перерізу трубок, тобто S » S 1 . В якості чутливого елемента можуть бути використані, наприклад, тензорезістори, електричний опір яких змінюється пропорційно їх деформації. Густина р е еталонної рідини менше густини рідини р к . З'єднання вимі 4 рюючого вузла 4 з електронним блоком 6 і далі з показуючими приладами 7 і 8, реєструючим приладом 9, сигналізуючим приладом 10, а також з джерелом напруги, виконується за допомогою електричних кабелів. Електронний блок 6, за рахунок використаних в ньому відомих схемних рішень (підсилювачі, схеми порівняння, схеми сигналізації, джерело регулюємо!" опорної напруги, електричні перетворювачі та ін.), забезпечує перетворення сигналу, пропорційного перепаду тиску еталонної рідини в п'єзометричних трубках 1 з вимірюючого вузла 4 в уніфікований електричний сигнал для показуючих, реєструючого та сигналізуючого приладів, а також установку показань приладу вимірювання зміни густини рідини на "нуль", при будь-якому її початковому значенні, з подальшим вимірюванням зміни густини (збільшення або зменшення). Пристрій працює наступним чином Еластичні ємності 2 занурені на різну глибину (НІ і Н2) в рідину. Через еластичні мембрани 11 еластичних ємностей 2 тиск рідини, передається на еталонну рідину, яка знаходиться в еластичних ємностях 2. Еталонна рідина піднімається по п'єзометричних трубках 1 до рівня Н1 + АН1 і Н2 +АН2 , при якому тиск стовпів еталонної рідини в п'єзометричних трубках зрівняється з тиском рідини на межі поділу. Враховуючи, що S » S1 (не менше як у 100 разів), то незначне переміщення еластичних мембран дає великий приріст стовпа еталонної рідини в п'єзометричних трубках 1. Тиск еталонної рідини, яка знаходиться вище точки з'єднання п'єзометричних трубок 1 з дифманометром 3, передається на вимірюючий вузол 4 і чутливий елемент 5. Для розрахунку висоти піднімання еталонної рідини в п'єзометричних трубках 1, з достатньою точністю, можна застосувати закон сполучених посудин, а саме: в сполучених посудинах висоти стовпів різнорідних рідин над рівнем поділу зворотно пропорційні густинам цих рідин, тобто: (Н1 + АНі)/Н1 = р к / р е і (Н2 + АН2)/Н2 = р к / р е ; де: НІ і Н2 - глибини занурення еластичних ємностей в рідину; АН1 і АН2 - висоти піднімання еталонної рідини в п'єзометричних трубках; р к - густина рідини; Ре ' густина еталонної рідини. Із цих співвідношень знаходимо висоти піднімання еталонної рідини в п'єзометричних трубках (АН1 і АН2) і перепад висот в п'єзометричних трубках (АН = АН1-АН2). ДН1 = Н 1 х ( Р к / Р е ) - Н 1 і АН2 = Н 2 х ( Р к / Р е ) - Н 2 ; АН = АН1-АН2 = ( р к / р е - і ) х ( Н 1 - Н 2 ) . В отриманому співвідношенні величини р е і (Н1-Н2) - постійні, а тому перепад висот (АН) піднімання еталонної рідини в п'єзометричних трубках 1 залежить тільки від густини рідини. Змінюючи ці постійні величини можна легко досягти необхідної чутливості пристрою для вимірювання густини рідини і точності вимірювань. Якщо густини рідини і еталонної рідини одна 4151 кові, то перепад висот рівняється "нулю", тобто еталонна рідина в обох п'єзометричних трубках 1 знаходиться на одному рівні В даному випадку на чутливий елемент 5 діє однаковий тиск з обох сторін і його деформація відсутня, а з вимірюючого вузла 4 на електронний блок 6 і далі, на показуючий і реєструючий прилади, поступає "нульовий" сигнал, що відповідає значенню густини еталонної рідини Таким чином, розширюється шкала показуючого приладу (шкала починається не з "нуля", а з величини густини еталонної рідини), що збільшує точність вимірювання Якщо густини рідини і еталонної рідини не рівні по величині, то еталонна рідина в п'єзометричних трубках 1 підніметься на різну висоту, тобто буде деякий перепад висот еталонної рідини в п'єзометричних трубках Цей перепад висот, пропорційний густині рідини буде створювати тиск на чутливий елемент 5, спричиняючи його деформації В цьому випадку сигнал, пропорційний густині рідини, поступить з чутливого елемента на електронний блок і далі, після відповідної його обробки, на показуючий і реєструючий прилади густини рідини Для виключення аварійних ситуацій в процесі Комп'ютерна верстка Н Лисенко будівництва свердловин дуже важливо знати зміну густини бурового розчину на виході зі свердловини, особливо небезпечне її зменшення Даний пристрій за рахунок відомих схемних рішень, використаних в електронному блоці 6, дозволяє при будь-якому початковому значенні густини рідини установлювати показання показуючого приладу зміни густини 8 на "нуль", а потім вимірювати зміну густини (зменшення або збільшення) і видавати попереджуючий сигнал на сигналізуючий прилад 10, якщо зменшення густини рідини більше допустимого Даний пристрій може бути використаний для контролю густини промивальної рідини (бурового розчину) при бурінні нафтових та газових свердловин а також в інших галузях народного господарства Використання запропонованого пристрою для постійного контролю густини бурового розчину, який подається в свердловину і який виходить з неї, дасть змогу своєчасно виявити початок нафтогазоводопроявлень, а значить і попередити виникнення ускладнень і аварійних ситуацій при бурінні свердловин Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького 45 м Київ МСП 03680 Україна ДП Український інститут промислової власності вул Глазунова 1 м К и ї в - 4 2 01601