СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ ЖИДКОСТИ МАССОВЫМ КАМЕРНЫМ СЧЕТЧИКОМ ЖИДКОСТИ И ЕГО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА
LIQUID MASS MEASURING METHOD BY THE CHAMBER LIQUID MASS METER AND ITS MEASUREMENT CHAMBER

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерений массы и массового расхода жидкой фазы в составе газожидкостной смеси, например, нефти в составе нефтегазовой смеси.
Из существующего уровня техники известен ряд описанных ниже устройств, которые реализуют способ измерения массы жидкости с помощью опрокидывающейся измерительной камеры, содержащей две открытые сверху полости. Опрокидывание происходит вследствие попеременного заполнения полостей измерительной камеры определенной массой жидкости и преодоления условия равновесия измерительной камеры. Каждое опрокидывание регистрируется счетным устройством и пересчитывается с учетом градуировочных коэффициентов в массу.
Известен опрокидывающийся гравиметрический счетчик мазута конструкции Кирмалова, описанный в справочнике Кремлевского П.П. «Расходомеры и счетчики количества веществ» (книга первая). Известный счетчик представляет собой цилиндрический корпус, покрытый теплоизоляцией, снабженный люком для осмотра и закрывающийся крышкой. Внутри корпуса размещены два призматических ковша, имеющих сечение в виде равнобедренных треугольников. Измеряемая среда поступает по входной трубе в распределительный желоб, а из него в один из ковшей. После срабатывания измеряемая среда выливается из ковша в выходную трубу. На ковшах закреплен контргруз. В известном счетчике предусмотрен счетный механизм, а также регулятор уровня жидкости, состоящий из поплавка, системы рычагов и клапана на впускной трубе.
Известен счетчик количества жидкости - сырой нефти, описанный в патенте РФ №154443 (G01F 3/28, опубликован 27.08.2015). Известный счетчик состоит из корпуса, измерительного блока, входного и выходного коллекторов, узла сепарации. Корпус счетчика представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический сосуд, на обечайке которого перпендикулярно оси выполнены два соосных отверстия для входа/выхода нефтегазовой смеси посредством герметично присоединенных входного и выходного коллекторов, причем на входном отверстии установлено регулируемое входное устройство. К корпусу через фланец крепится крышка измерительного блока, а для придания герметичности соединения используется прокладка из резины. На внутреннем торце крышки выполнены три отверстия с резьбой, в которые устанавливаются шпильки, служащие для крепления опоры, кроме того, на данных осях установлены ударогасители, перемещение которых ограничивается шайбой и шплинтом. На торце крышки и опоры имеются соосные отверстия с подшипниками и в них установлена ось измерительного блока. Измерительный блок является подвижной системой и состоит из двух призматических ковшей треугольного сечения и боковых пластин, к которым крепится груз. На одной из пластин установлены два постоянных магнита, причем на наружном торце крышки измерительного блока выполнены отверстия для крепления электромагнитных датчиков, датчика плотности, ручек и уровня, причем отверстия для крепления электромагнитных датчиков выполнены таким образом, что их центр совпадает с траекторией движения постоянных магнитов камеры измерительной. Узел сепарации содержит два эжектора, закрепленных на входном и выходном коллекторах. Наряду с этим в состав известного счетчика входят нефтегазовый и газовый коллекторы, соединяющие между собой эжекторы и корпус, а также установленные в корпусе гаситель, представляющий собой перфорированный лист, и воронка.
Известен счетчик массового расхода и массы вязких жидкостей, описанный в патенте РФ №163766 (G01F 3/28, опубликован 10.08.2016). Известный счетчик состоит из корпуса, измерительного блока, входного и выходного коллекторов. Корпус представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический сосуд, на обечайке которого перпендикулярно оси выполнены два соосных отверстия для входа/выхода вязкой жидкости посредством герметично присоединенных входного и выходного коллекторов, а на входном отверстии установлено устройство моделирования формы потока. К корпусу через фланец прикреплена крышка измерительного блока с герметизацией соединения с помощью резиновой прокладки, причем на внутреннем торце крышки выполнены три отверстия с резьбой, в которые установлены шпильки, служащие осями для крепления опоры и установки на них ударогасителей, перемещение которых ограничено шайбой и шплинтом. На торце крышки и опоры имеются соосные отверстия с подшипниками и в них установлена ось измерительного блока. Измерительный блок является подвижной системой и состоит из двух призматических ковшей треугольного сечения и боковых пластин, к которым прикреплены грузы, при этом измерительный блок снабжен, по меньшей мере, одним постоянным магнитом. На наружном торце крышки измерительного блока выполнены отверстия для крепления, по меньшей мере, одного электромагнитного датчика, связанного с вычислителем, ручек и уровня, причем отверстие для крепления электромагнитного датчика выполнено таким образом, что его центр совпадает с траекторией движения постоянного магнита измерительного блока. Известный счетчик содержит устройство электрического обогрева, состоящее из закрепленного на внешней поверхности корпуса электрического греющего кабеля, размещенного в теплоизоляционном кожухе с теплоизоляционной крышкой, в котором закреплена взрывозащищенная клеммная коробка для подвода питания к этому кабелю. Пространство между кабелем, крышкой и кожухом заполнено теплоизоляционным объемным наполнителем. Постоянный магнит в измерительном блоке установлен на нижней плоскости посередине между призматическими ковшами. Электромагнитный датчик содержит дополнительно помещенную во взрывобезопасный корпус плату электронного корректора, представляющего собой программируемое устройство. Выходной коллектор выполнен в виде прямолинейного участка трубы.
Известен счетчик жидкости, описанный в патенте РФ №129220 (G01F 1/05, опубликован 20.06.2013). Известный счетчик содержит полый корпус, в котором расположен измерительный блок, включающий датчик импульсов, и соединенные между собой шпильками крышку и опору заднюю. Между крышкой и опорой задней установлена с возможностью ограниченного поворота измерительная камера, содержащая две открытые сверху полости (в предыдущих аналогах - ковши) и магнит, расположенный таким образом, чтобы в одном из положений измерительной камеры датчик импульсов располагался в зоне его действия. Известный счетчик жидкости дополнительно содержит датчик оптической проницаемости среды.
Наиболее близким аналогом в части устройства для реализации способа измерения массы жидкости является счетчик количества жидкости производства ООО НПО «НТЭС», описанный на официальном электронном сайте nponts.ru/products/counters/schetchik-zhidkosti-skzh/ (свидетельство RU.С.29.065.А №50957 об утверждении типа средств измерений от 11.06.13). Известный счетчик количества жидкости состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичный преобразователь состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса установлен измерительный блок, содержащий крышку и опору заднюю, которые, в свою очередь, соединены между собой двумя верхними и одной нижней штангами. Между крышкой и опорой задней установлена измерительная камера с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху полости (в вышеописанных аналогах - ковши), а также боковые пластины. На боковых пластинах закреплены контргрузы. Угол поворота измерительной камеры ограничен гасителями ударов, установленными на верхних штангах. На крышке расположен датчик импульсов, имеющий возможность взаимодействия с магнитом, закрепленным на нижней части измерительной камеры так, что в одном из положений измерительной камеры датчик импульсов располагается в зоне его действия. Датчик импульсов соединен с вторичным преобразователем. Внутри корпуса после входного патрубка установлено сопло.
Недостатком известного способа измерения массы жидкости, а также реализующих этот способ известных устройств, представляющих собой массовые камерные счетчики жидкости, является присущая им зависимость результата измерений массы от вязкости измеряемой жидкости. Влияние вязкости на результат измерения массы возникает из-за того, что вязкая жидкость не успевает полностью освободить ту полость измерительной камеры, которая опорожняется за время набора массы соседней полости. По этой причине остающаяся часть жидкости в полости, которая опорожняется, смещает положение центра масс, что и приводит к дополнительной погрешности измерений.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение точности измерений массы жидкости в широком диапазоне расхода и вязкости.
Поставленная задача осуществляется измерением общего времени и количества кинематических циклов раздельно для двух направлений движения измерительной камеры.
За промежуток времени наблюдений времен кинематических циклов формируется история времен циклов для каждого направления движения. Далее статистическим методом находится среднее значение времени для каждого направления движения измерительной камеры и вычисляется разность между двумя этими средними временами. Эта разность времени пропорциональна кинематической вязкости измеряемой жидкости. Затем осуществляется корректировка результата измерения массы жидкости в зависимости от ее кинематической вязкости.
Реализуется это решение созданием условия, чтобы время слива вязкой жидкости из одной полости измерительной камеры заметно отличалось от времени слива из другой полости. Заявляемый технический результат осуществляется одним из двух вариантов конструкции измерительной камеры. В первом варианте внутри одной из полостей измерительной камеры устанавливаются перегородки, создающие сопротивление сливу жидкости пропорционально ее вязкости. Во втором варианте полости измерительной камеры относительно друг друга имеют несимметричную конструкцию, заключающуюся в разнице углов слива полостей измерительной камеры.
Измеренная счетным устройством разность времени, которая пропорциональна кинематической вязкости измеряемой жидкости, позволяет осуществить корректировку результата измерения массы жидкости в зависимости от ее вязкости и расхода.
Заявляемое техническое решение поясняется на примере конструктивных вариантов измерительной камеры массового камерного счетчика жидкости.
На фигуре 1 показана схема массового камерного счетчика жидкости.
На фигуре 2 показана схема массового камерного счетчика жидкости, содержащего измерительную камеру с перегородками в одной из полостей.
На фигуре 3 показана схема измерительной камеры с полостями с разными углами сливов в двух крайних положениях.
Массовый камерный счетчик жидкости содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе установлена измерительная камера 4 с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху полости 5, и боковые пластины 6. На боковых пластинах 6 закреплены контргрузы 7. На нижней части измерительной камеры 4 закреплен магнит 8, кратковременно взаимодействующий с датчиком импульсов 9 при каждом ее опрокидывании. Датчик импульсов 9 соединен со счетным устройством 11.
СЛ
СЛ
ж
К
Реализация заявляемого решения возможна одним из двух конструктивных вариантов измерительной камеры. В первом варианте одна из ее полостей 5 содержит какие-либо перегородки 10 (фигура 2), а во втором - полости 5 измерительной камеры 4 имеют разные углы сливов ϕ и ϕ' (фигура 3). Необходимым условием при этом является выполнение следующих требований к конструкции массового камерного счетчика жидкости. Расстояния h от продольной оси поворота измерительной камеры 4 до линий подъемов центров масс жидкостей (точки М и М') должны быть одинаковыми для обеих полостей 5. В двух крайних положениях измерительной камеры 4 ее центр масс (точка К) должен располагаться на одинаковом расстоянии h от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось поворота измерительной камеры 4.
Массовый камерный счетчик жидкости работает следующим образом.
СЛ
Измеряемая жидкость поступает из входного патрубка 2 в одну из полостей измерительной камеры 4. В момент, когда уравновешенное контргрузами 7 положение измерительной камеры 4 преодолевается, она поворачивается, заполненная полость опорожняется, а под налив устанавливается смежная полость. Слитая жидкость стекает в нижнюю часть корпуса 1 и затем в выходной патрубок 3. Во время поворота магнит 8 проходит в зоне чувствительности датчика импульсов 9. Вычисление массы и массового расхода производится счетным устройством 11 по периодам между сигналами от датчика импульсов 9. При работе счетчика на перегородках 9 или в полости измерительной камеры 4 с меньшим углом слива ϕ' сохраняется большая часть жидкости, чем в смежной полости, причем ее тем больше, чем более вязкая жидкость участвует в измерении. Зависимость массы от вязкости корректируется счетным устройством 11 в соответствии с внесенными в него заранее градуировочными коэффициентами, зависящими от разности между временами кинематических циклов измерительной камеры 4, которая пропорциональна кинематической вязкости измеряемой жидкости.