КОМПЛЕКСНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА, ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей, плотности, вязкости нефтепродуктов в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известны различные ультразвуковые расходомеры, принцип работы которых состоит в излучении ультразвуковых колебаний по потоку или против потока измеряемой среды, прием прошедших среду колебаний с преобразованием в электрические сигналы и запоминанием их, а также анализ вышеуказанных электрических сигналов для определения разности времени прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против него для вычисления расхода среды: RU 2180432 С2 G01F 1/66; RU №2018089 С1 G01F 1/66; RU 2226263 С2 G01F 1/66; RU 2210062 С1 G01F 1/66.
Известно также устройство для определения плотности жидкости, основанное на определении скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости и температуры жидкости, в предварительном установлении зависимости скорости распространения ультразвука от температуры для жидкостей со схожими физико-химическими свойствами RU 2221234 С2 G01N 9/24, G01N 29/18.
Известно также устройство для определения физических параметров вещества, принцип работы которого состоит в том, что с помощью преобразователя возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие через пластину заданной толщины, контактирующую с исследуемой жидкостью, определяют амплитуды отраженных волн и рассчитывают скорость ультразвука, плотность и другие физические параметры, при этом преобразователь и плоскопараллельную пластину
размещают соосно в исследуемой жидкости на заданном расстоянии друг от друга RU 2040789 С1 G01N 29/02.
Прототипом заявляемой полезной модели является устройство измерения расхода и показателей качества нефтепродуктов [полезная модель RU 56597 U1 G01P 1/66; G01N 29/00, 2006], содержащее генератор, выход которого подключен ко входу делителя частоты, один выход которого подключен ко входу формирователя зондирующих импульсов выход которого подключен ко входу управляемого вычислительным устройством коммутатора, к которому подключены два пьезоэлектрических преобразователя, выход коммутатора подключен ко входу усилителя, выход которого подключен ко входу фазового детектора, ко второму входу которого подключен так же выход делителя частоты, выход фазового детектора подключен ко входу вычислительного устройства, выход которого подключен ко входу индикаторного устройства, устройство измерения коэффициента поглощения звука, вход которого подключается к выходу фазового детектора, а выход подключается ко входу вычислительного устройства, датчик температуры, выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства.
Недостатком известного устройства является низкая точность определения расхода нефтепродуктов, поскольку вычисление плотности жидкости производится по эмпирическим формулам.
Поставлена задача повышение точности прибора при сохранении функциональных возможностей и принципа измерения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство измерения расхода и показателей качества нефтепродуктов, содержащее генератор, выход которого подключен ко входу делителя частоты, один выход которого подключен ко входу формирователя зондирующих импульсов выход которого подключен ко входу управляемого вычислительным устройством коммутатора, к которому подключены два
пьезоэлектрических преобразователя, выход коммутатора подключен ко входу усилителя, выход которого подключен ко входу фазового детектора, ко второму входу которого подключен так же выход делителя частоты, выход фазового детектора подключен ко входу вычислительного устройства, выход которого подключен ко входу индикаторного устройства, устройство измерения коэффициента поглощения звука, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а выход подключен ко входу вычислительного устройства, датчик температуры, выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства; согласно полезной модели, дополнительно введены два пьезоэлектрических датчика, расположенные по периферии трубопровода на диаметрально противоположных сторонах так, что линия, соединяющая центры двух датчиков, перпендикулярна основной оси потока, вход первого из них подключен к выходу задающего генератора, а выход второго подключаен ко входу детектора выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства.
Схема содержит генератор 1, к которому подключен делитель частоты 2, к выходу которого подключен формирователь зондирующих импульсов 3, к выходу которого подключен управляемый коммутатор 4, к которому подключены пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6, усилитель 7, вход которого подключен к коммутатору 4, фазовый детектор 8, один вход которого подключен к выходу усилителя 4, второй вход подключен к выходу делителя частоты 2, устройство измерения коэффициента поглощения звука 9 вход которого подключен к выходу фазового детектора 8, а выход подключен ко входу вычислительного устройства 10, датчик температуры 11, выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя 12, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства 10, индикаторное
устройство 13, подключенное к выходу вычислительного устройства 10, пьезоэлектрический датчик 14, вход которого подключен к выходу задающего генератора 16, пьезоэлектрический датчик 15, выход которого подключается ко входу детектора 16, выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя 17, выход которого подключаются ко входу вычислительного устройства 10.
Пьезоэлектрические датчики 5 и 6 установлены по периферии трубопровода диаметра D, по которому движется поток нефтепродуктов со скоростью ν. Оба датчика расположены на диаметрально противоположных сторонах и смещены вдоль образующей трубопровода. Длина линии, соединяющей центры двух датчиков, равна l, и эта линия образует с основной осью потока угол α. Пьезоэлектрические датчики 14 и 15 расположены по периферии трубопровода на диаметрально противоположных сторонах так, что линия, соединяющая центры двух датчиков, перпендикулярна основной оси потока.
1
1
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 через делитель частоты 2 генерирует опорную частоту для формирователя зондирующих импульсов 3. По команде вычислительного устройства 10, зондирующий импульс через коммутатор 4 поступает на пьезоэлектрический преобразователь 5. Ультразвуковой импульс проходит сквозь жидкость и через время t улавливается датчиком 6. Электрический сигнал с преобразователя 6 усиливается усилителем 7 и поступает на вход фазового детектора 8. На другой вход фазового детектора поступает сигнал опорной частоты с делителя частоты. На выходе фазового детектора образуется число, пропорциональное значению времени t, которое запоминается вычислительным устройством 10. При этом:
где с - скорость распространения ультразвука в жидкости.
После этого по команде вычислительного устройства 10, зондирующий импульс через коммутатор 4 поступает на пьезоэлектрический
2
2
преобразователь 6. Ультразвуковой импульс проходит сквозь жидкость и t через время улавливается датчиком 5. Электрический сигнал с преобразователя 5 усиливается усилителем 7 и поступает на вход фазового детектора 8. На другой вход фазового детектора поступает сигнал опорной частоты с делителя частоты. На выходе фазового детектора образуется число, пропорциональное значению времени t, которое запоминается вычислительным устройством 10. При этом:
Из (1) и (2):
Подставив вычисленное значение ν в (1), вычисляется скорость звука в жидкости с.
С датчика температуры 11 через нормирующий усилитель 12 в вычислительное устройство 10 поступает информация о температуре жидкости.
Задающий генератор 16 возбуждает пьезоэлектрический преобразователь 14 на резонансной частоте, который излучает в жидкость ультразвуковой импульс частоты w. Этот импульс улавливается датчиком 15, напряжение с которого детектируется детектором 17 и усиливается нормирующим усилителем 17 и затем поступает в вычислительное устройство 10.
0
Напряжение U, снимаемое с выхода нормирующего усилителя 17, пропорционально акустическому сопротивлению измеряемой жидкости ρс.
Плотность жидкости ρ определится выражением:
β
где К - коэффициент связи между плотностью и сжимаемостью, зависящий от температуры жидкости.
Коэффициент затухания α акустического сигнала частоты w, связан с вязкостью жидкости η выражением:
Тогда, с учетом (5) и (6), вязкость нефтепродукта вычисляется по формуле:
1
2
Скорость потока ν связана с разностью времен Δτ прохождения импульсов t и t формулой:
М
h
Массовый расход жидкости G определится как произведение усредненной по сечению трубопровода скорости жидкости, площади сечения трубопровода, плотности жидкости, учитывая калибровочный коэффициент K. С учетом (5) и (8):
M
В вычислительном устройстве 10 происходит вычисление G, ρ, η по формулам (5), (7) и (9)
M
Далее, вычисленные значения G, ρ, η могут быть отображены индикаторным устройством 13.