Пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах

Пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах, який містить зразковий і вимірювальний індуктивні сенсори, перший і другий частотозадавальні конденсатори, перший автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом першого частотозадавального конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадавальних конденсаторів і сенсорів, другий автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом другого частотозадавального конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадавальних конденсаторів і сенсорів, змішувач, входами з'єднаний з виходами автогенераторів, підсилювач низьких частот, синхронний детектор, сигнальним входом підключений до виходу підсилювача низьких частот, реєстратор, генератор низьких частот, з'єднаний двома протифазними виходами з двома управляючими входами синхронного детектора, який відрізняється тим, що в нього введені перший автоматичний перемикач, входами підключений до потенціальних виводів зразкового і вимірювального індуктивних сенсорів, а виходом до потенціального виводу першого автогенератора, другий автоматичний перемикач, входами підключений до потенціальних виводів зразкового і вимірювального індуктивних сенсорів, а виходом до потенціального виводу другого автогенератора, диференційний підсилювач, джерело стабілізованої опорної напруги, інтегратор, послідовно з'єднані фільтр верхніх частот, підсилювач-обмежувач, формувач коротких однополярних імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, перший фільтр нижніх частот, другий фільтр нижніх частот, при цьому вхід фільтра верхніх частот підключений до виходу змішувача, вихід першого фільтра нижніх частот з'єднаний з першим входом диференційного підсилювача і входом підсилювача низьких частот, вихід джерела стабілізованої опорної напруги підключений до другого входу диференційного підсилювача, вихід диференційного підсилювача з'єднаний з входом інтегратора, до виходу якого підключений управляючий вхід широтно-імпульсного модулятора, управляючі входи першого і другого автоматичних перемикачів підключені до протифазних виходів генератора низьких частот, вхід другого фільтра нижніх частот з'єднаний з виходом синхронного детектора, а вихід - з входом реєстратора Винахід відноситься до області аналізу складу речовин по їх електромагнітним властивостям і може бути використаний для вимірювання концентрації ХІМІЧНИХ сполук свинцю і інших металів у нафтопродуктах (бензині, керосині, дизельному паливі і мастилах) Електричні і магнітні властивості нафтопродуктів визначаються складом та структурою вуглеводневого середовища і речовинами-домішками, розведеними або завислими у водонафтовій суміші (ГОСТ 2084-77) При цьому значно впливає на електромагнітні властивості нафтопродуктів саме концентрація сполук металів та їх домішок Так як концентрація сполук металів у товарній продукції невелика (не більше 0,5г/кг), то в аналітичній практиці і при фізико-хімічних дослідженнях знаходять широке застосування резонансні, у тому числі автогенераторні схеми і пристрої, які мають високу чутливість до наявності цих включень Для контролю сполук металів у діелектричному середовищі, до якого відноситься і водонафтова емульсія, ефективно застосовувати індуктивні сенсори, які збуджують у досліджуємому провідному середовищі вихрові струми В результаті зворотнього впливу вихрових струмів змінюються активні і реактивні опори індуктивного сенсора Внесені опори О со сч ю 52320 пропорційні концентрації сполук металів у низькопровідному рідкому середовищі і викликають зміну резонансної частоти та добротності коливального контуру автогенератора Зв'язок між змінами параметрів автогенератора (частоти та добротності) і концентрацією сполук металів визначається калібрувальною залежністю, яка при малих концентраціях наближається до лінійної Відомий пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах (див Арш Э И Автогенераторные методы и средства измерений -М Машиностроение, 1979, С 159-162), який вміщує автогенератор з коливальним контуром у ланцюгу зворотнього зв'язку і індуктивним сенсором, включеним у якості елемента цього контура, амплітудний детектор, ланцюг компенсації і індикатор, підключений до виходу автогенератора Збільшення внесеного активного опору індуктивного сенсора викликає зменшення добротності контуру і, як наслідок, зменшення високочастотної напруги на виході автогенератора і випрямленої напруги на виході амплітудного детектора За допомогою ланцюга компенсації встановлюється нуль при відсутності сполук металів у контролюємих нафтопродуктах Поява сполук металів призводить до зміни напруги автогенератора, що і фіксується індикатором Непостійність амплітуди напруги, що генерується, та компенсуючої напруги викликає дрейф нуля автогенераторного вимірювача, що не дозволяє виміряти малі концентрації сполук металів у контролюємих продуктах Відомий пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах (див Кричевский Е С , Бензарь В К , Венедиктов М В и др Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов -М Энергия, 1980, С 83-86), який забезпечує більш високу достовірність контролю і має в своєму складі вимірювальний автогенератор, в коливальний контур якого увімкнено сенсор з досліджуємою речовиною, і зразковий автогенератор, в коливальний контур якого увімкнено сенсор з еталонною речовиною До виходів автогенераторів підключені послідовно з'єднані змішувач сигналів, фільтр нижніх частот, підсилювач напруги різницевої частоти, перетворювач різницевої частоти в напругу і вимірювальний прилад Але нестабільність характеристик двох незалежних автогенераторів, змішувача, фільтра нижніх частот, підсилювача і перетворювача частоти в напругу викликають велику адитивну похибку вимірювання (похибку „нуля"), що не дозволяє проводити КІЛЬКІСНИЙ аналіз, тобто визначати з високою точністю малі концентрації сполук металів у нафтопродукті Відомий також пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах (див Високоточні засоби вимірювання фізичних величин із самоналагодженням і автокорекцією похибок Навч посібник /П М Таланчук, Ю О Скрипник, ВО Дубровний -К УЗМН, 1996, С 225-228), який вміщує зразковий і вимірювальний індуктивні сенсори, перший і другий частотозадаючі конденсатори, перший автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом пер шого частотозадаючого конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадаючих конденсаторів і сенсорів, другий автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом другого частотозадаючого конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадаючих конденсаторів і сенсорів, змішувач, входами з'єднаний з виходами автогенераторів, підсилювач низьких частот, синхронний детектор, сигнальним входом підключений до виходу підсилювача низьких частот, реєстратор, генератор низьких частот, з'єднаний двома протифазними виходами з двома управляючими входами синхронного детектора Крім того, відомий пристрій має послідовно з'єднані смуговий фільтр, амплітудний обмежувач, смуговий підсилювач, амплітудний детектор, баластний конденсатор, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадаючих конденсаторів і сенсорів, автоматичний ключ, управляючим входом з'єднаний з одним з протифазних виходів генератора низьких частот, а входом- до потенціального виводу баластного конденсатора, при цьому вихід автоматичного ключа підключений до потенціальних виводів другого автогенератора і зразкового сенсора, потенціальний вивід вимірювального сенсора підключений до потенціального виводу першого автогенератора, вхід смугового фільтра з'єднаний з виходом змішувача, вихід амплітудного детектора підключений до входу підсилювача низьких частот, вхід реєстратора з'єднаний з виходом синхронного детектора Але нелінійність і нестабільність смугового фільтру, смугового підсилювача під впливом температурних і часових змін їх параметрів не дозволяють з малими похибками проводити кількісну оцінку вмісту сполук металів у нафтопродуктах В основу винаходу покладена задача створення такого пристрою для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило б вимірювати ВІДНОСНІ зміни індуктивності сенсора і, таким чином, виключити вплив температурних і часових змін параметрів автогенераторів, змішувача і сенсорів на результат вимірювання малих змін індуктивності вимірювального індуктивного сенсора , що підвищить достовірність контролю концентрації сполук металів у нафтопродуктах Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах, який вміщує зразковий і вимірювальний індуктивні сенсори, перший і другий частотозадаючі конденсатори, перший автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом першого частотозадаючого конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадаючих конденсаторів і сенсорів, другий автогенератор, потенціальним виводом з'єднаний з потенціальним виводом другого частотозадаючого конденсатора, заземленим виводом підключений до заземлених виводів частотозадаючих конденсаторів і сенсорів, змішувач, входами з'єднаний з виходами автогенераторів, підсилювач низьких частот, синхронний детектор, сигнальним входом підключений до ви 52320 ходу підсилювача низьких частот, реєстратор, генератор низьких частот, з'єднаний двома протифазними виходами з двома управляючими входами синхронного детектора, згідно з винаходом, введені перший автоматичний перемикач, входами підключений до потенціальних виводів зразкового і вимірювального індуктивних сенсорів, а виходом - до потенціального виводу першого автогенератора, другий автоматичний перемикач, входами підключений до потенціальних виводів зразкового і вимірювального індуктивних сенсорів, а виходом - до потенціального виводу другого автогенератора, диференційний підсилювач, джерело стабілізованої опорної напруги, інтегратор, послідовно з'єднані фільтр верхніх частот, підсилювач-обмежувач, формувач коротких однополярних імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, перший фільтр нижніх частот, другий фільтр нижніх частот, при цьому вхід фільтра верхніх частот підключений до виходу змішувача, вихід першого фільтра нижніх частот з'єднаний з першим входом диференціиного підсилювача і входом підсилювача низьких частот, вихід джерела стабілізованої опорної напруги підключений до другого входу диференціиного підсилювача, вихід диференціиного підсилювача з'єднаний з входом інтегратора, до виходу якого підключений управляючий вхід широтно-імпульсного модулятора, управляючі входи першого і другого автоматичних перемикачів підключені до протифазних виходів генератора низьких частот, вхід другого фільтра нижніх частот з'єднаний з виходом синхронного детектора, а вихід - з входом реєстратора Введення в схему пристрою для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах першого і другого автоматичних перемикачів, фільтра верхніх частот, підсилювача-обмежувача, формувача коротких однополярних імпульсів, широтно-імпульсного модулятора, першого і другого фільтрів нижніх частот, диференціиного підсилювача, джерела стабілізованої опорної напруги і інтегратора дозволяє отримати результат виміру у вигляді відносних змін параметрів вимірювального сенсора, що виключає вплив нестабільності параметрів двох автогенераторів, змішувача на результат вимірювання, і забезпечує прямий ВІДЛІК ВІДНОСНИХ змін індуктивності вимірювального сенсора, який розташований у досліджуємому паливі, завдяки чому підвищується достовірність контроля концентрації сполук металів у контрольованих нафтопродуктах На кресленні (див Фіг) представлена функціональна схема пристрою для вимірювання концентрації сполук металів у нафтопродуктах Пристрій вміщує зразковий 1 і вимірювальний 2 індуктивні сенсори, перший автоматичний перемикач 3, перший частотозадаючий конденсатор 4, перший автогенератор 5, другий автоматичний перемикач 6, другий частотозадаючий конденсатор 7, другий автогенератор 8, змішувач 9, фільтр верхніх частот 10, підсилювач-обмежувач 11, формувач коротких однополярних імпульсів 12, широтно-імпульсний модулятор 13, перший фільтр нижніх частот 14, диференційний підсилювач 15, інтегратор 16, джерело стабілізованої опорної напруги 17, підсилювач низьких частот 18, синхро нний детектор 19, другий фільтр нижніх частот 20, реєстратор 21 і генератор низьких частот 22 До входів автоматичних перемикачів 3 і 6 підключені потенціальні виводи зразкового 1 і вимірювального 2 індуктивних сенсорів 3 виходом першого автоматичного перемикача 3 з'єднані потенціальний вивід першого частотозадаючого конденсатора 4 і вхід першого автогенератора 5 З виходом другого автоматичного перемикача 6 з'єднані потенціальний вивід другого частотозадаючого конденсатора 7 і вхід другого автогенератора 8 Виходи першого 5 і другого 8 автогенераторов з'єднані зі входами змішувача 9, до виходу якого підключені послідовно з'єднані фільтр верхніх частот 10, підсилювач-обмежувач 11, формувач коротких однополярних імпульсів 12, широтноімпульсний модулятор 13, перший фільтр нижніх частот 14, підсилювач низьких частот 18, синхронний детектор 19, другий фільтр нижніх частот 20 і реєстратор 21 Джерело стабілізованої опорної напруги 17 з'єднане з одним входом диференціиного підсилювача 15, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого фільтра нижніх частот 14 До виходу диференціиного підсилювача 15 підключений інтегратор 16, вихід якого з'єднаний з управляючим входом широтно-імпульсного модулятора 13 Управляючі входи першого 3 і другого 6 автоматичних перемикачів підключені до проти фазних виходів генератора низьких частот 22, до яких під'єднано керуючі входи синхронного детектора 19 Пристрій працює наступним чином За відсутності сполук металів у контролюємому паливі індуктивності зразкового індуктивного сенсора 1, розміщеного у ємкості зі зразковим паливом, і вимірювального індуктивного сенсора 2, розміщеного у ємкості з контролюємим паливом, вибирають однаковими (І_і=І_2=І_) Якщо перший автоматичний перемикач 3 знаходиться у верхньому положенні, а другий автоматичний перемикач 6 у нижньому положенні, як показано на Фіг, то частота першого автогенератора 5 визначається індуктивністю зразкового сенсора 1 та ємністю першого частотозадаючого конденсатора 4, а частота другого автогенератора 8 - індуктивністю вимірювального сенсора 2 і ємністю другого частотозадаючого конденсатора 7 Якщо перший автоматичний перемикач 3 знаходиться у нижньому положенні, а другий автоматичний перемикач 6 у верхньому положенні, то частота першого автогенератора 5 визначається індуктивністю вимірювального сенсора 2 та ємністю першого частотозадаючого конденсатора 4, а частота другого автогенератора 8 - індуктивністю зразкового сенсора 1 і ємністю другого частотозадаючого конденсатора 7 В загальному випадку резонансна частота f A кожного автогенератора може бути визначена виразом де С - ємність частотозадаючого конденсатора, підключеного до автогенератора, L - індуктивність сенсора з паливом за відсутності сполук металів, ДІ_ - додаткова індуктивність, викликана сполу 52320 ками металів Згідно з виразом (1) частоти автогенератора 5 при переключенні зразкового 1 і вимірювального 2 сенсорів приймають значення і (2) 1 (3) 2% /С (L + AL) де Сі - ємність першого частотозадаючого конденсатора 4 Частоти другого автогенератора 8 при переключенні зразкового 1 і вимірювального 2 сенсорів згідно з виразом (1) приймають значення 4 i -' (4) (5) де Сг - ємність другого частотозадаючого конденсатора 7, причому Сі