УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ПЛОТНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня и плотности нефтепродуктов в резервуарах.
Известны акустические устройства для измерения уровня жидкостей, основанные на фиксации времени распространения зондирующего и отраженного акустических импульсов в направлении границы сред (патент RU 1757304 С G01F 23/28 опубл. 30.08.1994, полезная модель RU 16313 U1 G01F 23/28 опубл. 20.12.2000, полезная модель RU 48629 U1 G01F 23/28, RU опубл. 27.10.2005).
Прототипом заявляемой полезной модели является устройство измерения уровня и плотности нефтепродуктов (полезная модель RU 150171 U1 G01F 23/28, RU опубл. 16.09.2014), содержащее генератор импульсов возбуждения, акустический измерительный канал, выполненный в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального и горизонтального участка с отверстием в нижней части для удаления отложений, а в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя, при этом в акустическую часть измерительного канала добавлены расположенные на фиксированном расстоянии по длине вертикальной трубы промежуточные акустические отражатели. Схема обработки электрических сигналов состоит из генератора импульсов возбуждения и блока микропроцессорной обработки сигналов, подключенных параллельно к электроакустическому преобразователю измерительного канала.
Основным недостатком указанного устройства является большая погрешность измерения уровня и плотности, возникающая из-за отсутствия перемешивания жидкости между объемом внутри резервуара и вертикальной частью акустического измерительного канала. При наполнении резервуара жидкость в измерительный канал попадает через нижнее отверстие, таким образом, в волноводе оказывается тяжелая фракция, уровень и плотность которой не соответствует уровню жидкости в остальном резервуаре. В частности, при хранении сырой нефти отслоившаяся подтоварная вода имеет плотность на 20% больше остальной нефти, а поскольку измерительный канал заполняется именно тяжелой нижней фракцией, то погрешность измерения также составит порядка 20%.
Поставлена задача увеличения точности устройства измерения уровня и плотности нефтепродуктов.
отличающееся тем, что
Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее акустический измерительный канал, выполненный в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального и горизонтального участка с отверстием в нижней части для удаления отложений, в горизонтальном участке трубы размещенный электроакустический преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель, ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя, схему обработки электрических сигналов, состоящей из генератора импульсов возбуждения и блока микропроцессорной обработки сигналов, подключенных параллельно к электроакустическому преобразователю согласно полезной модели  в акустическую часть измерительного канала добавлены расположенные на фиксированном расстоянии по длине вертикальной трубы реперные отверстия, а к электроакустическому преобразователю дополнительно подключен генератор импульсов перемешивания жидкости.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), где изображена структурная схема предложенного устройства. Схема содержит горизонтальную 1 и вертикальную 2 трубы-волноводы, электроакустический преобразователь 3, отражатель акустического сигнала 4, расположенные на фиксированном расстоянии по длине вертикальной трубы реперные отверстия 5, генератор импульсов возбуждения 6. блок микропроцессорной обработки сигналов 7 и генератор импульсов перемешивания жидкости 8.
Устройство работает следующим образом. На вход электроакустического преобразователя поступает зондирующий сигнал, сформированный генератором 6 в диапазоне частот 50-200 кГц. Акустический сигнал проходит через горизонтальный волновод 1, отражается от отражателя 4, затем по волноводу 2 проходит до границ сред, отражение от которых обратным путем проходит до электроакустического преобразователя 3, электрический сигнал с которого поступает в блок микропроцессорной обработки сигналов 7. Помимо отражений от границы сред в блок микропроцессорной обработки поступают отражения от реперных отверстий 5. Данные отверстия в стенке волновода создают неоднородность акустического сопротивления, вследствие чего часть волны отражается к акустическому преобразователю 3. Сигнал от промежуточных отражателей и от границы сред различают по амплитуде. Кроме того, реперные отверстия позволяют разным слоям жидкости попадать в волновод 2. Для эффективного обмена между резервуаром и полостью волновода вязкими средами используется дополнительный генератор перемешивания жидкости 8, который формирует на имеющимся электроакустическом преобразователе 3 сигнал максимальной амплитуды и продолжительностью от секунды и до нескольких минут.
Скорость распространения звука меняется по высоте емкости, так как на практике имеет место градиент температур и расслоение нефтепродуктов. Реперные отверстия решают данную проблему, поскольку при известных их координатах вычисляется реальная скорость звука на любом участке между отражателями и затем полученная скорость звука используется для более точного вычисления уровня жидкости. В устройстве реперные отверстия диаметром 1-5 миллиметров располагаются с шагом через 0,5 м. Горизонтальный участок трубы имеет длину 0,2 м и служит для уменьшения мертвой зоны устройства, что также решает проблему засорения электроакустического преобразователя тяжелыми фракциями.
В отраженном сигнале фиксируется отражение от границы сред подтоварная вода/нефтепродукт, что дает возможность определения уровня подтоварной воды. Отражение от данной границы сред выделяется по амплитуде, которая меньше отражения нефтепродукт/воздух, но превосходит амплитуды от реперных отверстий.
Использование блока микропроцессорной обработки сигналов позволяет производить измерения плотности контролируемых сред по спектральным характеристикам зондирующего и отраженного сигналов по методике, указанной в прототипе (полезная модель RU 150171 U1 G01F 23/28, RU опубл. 16.09.2014).
Применение в качестве реперов отверстий совместно генератором импульсов перемешивания позволяет осуществлять эффективный обмен жидкостью между резервуаром и полостью волновода, где производятся измерения. Мощности 2-5 Вт генератора 8 при частоте 50 кГц достаточно для обмена жидкостью, при этом перемешивания различных фракций по высоте волновода не происходит.
Следует отметить, что на практике блоки 6 и 8 могут быть выполнены в виде одного генератора на микропроцессорном устройстве.
По сравнению с аналогами, данное устройство обеспечивает высокую точность измерения уровня и плотности жидкости в резервуарах за счет повышения эффективности обмена жидкой среды между резервуаром и измерительным волноводом.