Устройство контроля технических масел и нефтепродуктов

Устройство относится к измерительной технике, в частности, к измерительным приборам для анализа и контроля технических масел и нефтепродуктов, в частности, содержания в них водорода и влаги.
Известно устройство контроля влажности масла при эксплуатации маслонаполненных механизмов [RU 2471178, C1, G01N 27/22, 27.12.2012], включающее погружаемый в контролируемую среду емкостный датчик, блок измерительного преобразователя, содержащий управляемый таймером генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому электроду емкостного датчика, пиковый детектор, дифференциальный усилитель, соединенный с выходом пикового детектора, и блок определения влажности, а также микроконтроллерный блок, дополнительный пиковый детектор, выходной каскад, вход которого соединен с выходом микроконтроллерного блока, и источник опорного сигнала, при этом, емкостный датчик выполнен в виде двух чувствительных элементов, один из которых заполнен маслом, не содержащим влагу, вторые электроды чувствительных элементов соединены с входами пиковых детекторов, а выход дифференциального усилителя соединен с входом блока определения влажности, оборудованным компаратором, к одному из входов которого подключен источник опорного сигнала.
Недостатком устройства является относительно низкая точность и относительно узкие функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство контроля влаги в трансформаторном масле компании E+E Elektronik (Австрия) [http://poltraf.ru/vlazhnost/vlagomery_masla/?yclid=6621915267627 75 2032], содержащее измерительный зонд в виде трубки с отверстиями на одном конце для обеспечения подачи контролируемого трансформаторного масла к размещенным в зонде емкостному датчику, снабженным измерителем температуры, и контроллер, который размещен в корпусе, соединенным с другим концом зонда, и снабжен разъемами для соединения с внешними потребителями данных контроля, причем, контроллер соединен электрически с емкостным датчиком.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет с его помощью производить контроль содержания не только влаги, но и газообразных включений в технических маслах и нефтепродуктах, в частности, водорода, что сужает арсенал технических средств, используемых для определения содержания газов с повышенной точностью, которая обеспечивается при погружном способе контроля, исключающим необходимость предварительного выделения газов из контролируемого продукта.
Кроме того, недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность, обусловленная, в частности тем, что при пониженных температурах технического масла и нефтепродуктов возможно образование конденсата в теле емкостного датчика, что существенно снижает точность контроля, а каких-либо средств устранения или учета этого фактора не предусмотрено.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание устройства контроля технических масел и нефтепродуктов с более широкими функциональными возможностями, позволяющими производить контроль содержания газов, в частности, водорода, с повышенной точностью при использовании погружного способа и устранения влияния конденсата в теле емкостного датчика при пониженных температурах.
Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для контроля содержания водорода в технических маслах и нефтепродуктах (далее «контролируемом продукте») с одновременным повышением точности контроля.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный зонд в виде трубки с отверстиями на одном конце для обеспечения подачи контролируемого продукта при погружении измерительного зонда в контролируемый продукт к размещенному на измерительной плате в измерительном зонде емкостному датчику, снабженному измерителем температуры, и контроллер, который размещен в корпусе, соединенным с другим концом зонда, и снабжен разъемами для соединения с интерфейсными и сигнальными кабелями, причем контроллер соединен электрически с емкостным датчиком, согласно полезной модели, в емкостной датчик введен нагревательный элемент, соединенный с контроллером, выполненным с возможностью управления нагревательным элементом по данным от измерителя температуры, а также одновременной фиксации в интервале измерений текущей температуры и показаний емкостного датчика с усреднением полученных результатов.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что показания емкостного датчика с усреднением полученных результатов обеспечивается контроллером, рассчитывающим необходимое время подогрева зоны емкостного датчика по данным от измерителя температуры с использованием программно заданных зависимостей и алгоритмов расчета.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что при температуре контролируемого продукта ниже 40°С перед проведением измерений контроллер обеспечивает включение нагревательного элемента на время, необходимое для локального нагрева емкостного датчика до 40°С, или на время, достаточное для десорбции водорода с чувствительного элемента емкостного датчика при температура выше 40°С с последующей задержкой до охлаждения датчика до исходной температуры контролируемого продукта.
Локальный нагрев емкостного датчика способствует уменьшению инерционности измерения, защищает от образования конденсата при низких температурах, что приводит к повышению точности измерений.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что параллельно емкостному датчику включен дополнительный емкостной датчик, который используют для определения уровня влаги в контролируемом продукте.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что корпус снабжен световыми индикаторами для оперативного информирования персонала о результатах контроля.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что зонд выполнен длиной, достаточной для погружения в находящийся в емкости контролируемый продукт через переходные соединения технологических отверстий, а диаметром - достаточным для прохождения через переходные соединения.
Число отверстий на конце зонда, их размер и преимущественно равномерное распределение на конце зонда с определенным шагом диктуются достаточностью защиты емкостных датчиков от возможных механических включений в контролируемый продукт и обеспечением свободного их омывания контролируемым продуктом.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - устройство контроля технических масел и нефтепродуктов, общий вид;
на фиг. 2 - устройство контроля технических масел и нефтепродуктов, в разрезе.
На чертеже обозначены:
1 - измерительный зонд;
2 - штуцер подсоединения к шаровому крану;
3 - накидная гайка муфтового уплотнения;
4 - емкостной датчик;
5 - уплотнительная муфта;
6 - соединитель зонда с корпусом;
7 - дно измерительного зонда;
8 - шайба муфтового соединения;
9 - измерительная плата;
10 - контроллер;
11 - центрующая втулка измерительной платы;
12 - уплотнительное кольцо центрующей втулки и измерительной платы;
13 - крышка корпуса;
14 - корпус;
15 - стопорный винт;
17 - металлическая пластина;
18 - герметичная вилка для подключения электрического питания 220 В;
19 - герметичная вилка для подключения интерфейсных и сигнальных кабелей;
20 - световые индикаторы.
Устройство контроля технических масел и нефтепродуктов содержит измерительный зонд 1 в виде трубки с отверстиями на одном конце для обеспечения подачи контролируемого продукта к размещенному на измерительной плате 9 в измерительном зонде 1 емкостному датчику 4, снабженному измерителем температуры (на чертеже не показан), и контроллер 10, который размещен в корпусе 14, соединенным с другим концом измерительного зонда 1 и снабжен разъемами для соединения с интерфейсными и сигнальными кабелями.
В устройстве контроля технических масел и нефтепродуктов контроллер 10 соединен электрически с емкостным датчиком 4, в который введен нагревательный элемент, соединенный с контроллером 10, выполненным с возможностью управления нагревательным элементом по данным от измерителя температуры, а также одновременной фиксации в интервале измерений текущей температуры и показаний емкостного датчика с усреднением полученных результатов.
Особенностью устройства контроля технических масел и нефтепродуктов является то, что интервал измерений текущей температуры и показаний емкостного датчика с усреднением полученных результатов обеспечивается контроллером в течение 1 минуты при температуре контролируемого продукта ниже 40°C перед проведением измерений контроллер обеспечивает включение нагревательного элемента на время, необходимое для локального нагрева емкостного датчика до 40°С, или на время, достаточное для десорбции водорода с чувствительного элемента емкостного датчика при температура выше 40°C с последующей задержкой до охлаждения датчика до исходной температуры контролируемого продукта.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что параллельно емкостному датчику может быть включен дополнительный емкостной датчик, который используют для определения уровня влаги в контролируемом продукте. Корпус 14 может быть снабжен световыми индикаторами 20 для оперативного информирования персонала о результатах контроля.
Работает устройство контроля технических масел и нефтепродуктов следующим образом.
Измерительный зонд 1 с емкостным датчиком 4 устанавливается непосредственно в контролируемый продукт на объекте контроля.
При измерении содержания газовых включений в технических маслах и нефтепродуктах, в частности, водорода, учитывается, что электрическое поле диполей растворенного водорода оказывает воздействие на емкость емкостного датчика 4, которая пропорциональна содержанию (концентрации) растворенного водорода. Измерение происходит в циклическом режиме и состоит из четырех этапов:
Этап 1. При температуре контролируемого продукта ниже 40°С перед проведением измерений контроллер обеспечивает включение нагревательного элемента на время, необходимое для локального нагрева емкостного датчика до 40°С, или на время, достаточное для десорбции водорода с чувствительного элемента емкостного датчика при температура выше 40°C с последующей задержкой до охлаждения датчика до исходной температуры контролируемого продукта. При температуре контролируемого продукта ниже -5°С максимальный нагрев, как показали экспериментальные исследования, составляет 60 секунд, при температуре контролируемого продукта свыше +40°C подогрев не требуется и составляет 1 секунду. В диапазоне от -5°С до +40°C время нагрева задается пропорционально температуре и может составлять от 1 до 60 секунд.
Этап 2. Релаксация. На данном этапе температура емкостного датчика 4 стабилизируется до температуры контролируемого продукта. Установленное экспериментально время релаксации составляет до 30 минут.
Этап 3. Измерение. В течение одной минуты после релаксации контроллер 10 непрерывно фиксирует текущие значения емкости емкостного датчика 4 и температуры контролируемого продукта.
Этап 4. Усреднение. Встроенная программа контроллера 10 усредняет полученные результаты измерений, что позволяет устранить влияние случайных факторов и повысить точность измерений. Рассчитанные средние значения емкости пересчитываются по калибровочным данным устройства вместе с усредненной температурой, фиксируются в памяти контроллера 10 и становятся доступны для чтения с использованием интерфейса.
Для сигнализации о превышении установленных пороговых значений концентраций по определяемым компонентам, на корпусе 14 установлены световые индикаторы 20, которые сигнализируют состояние контролируемого продукта по измеряемым параметрам по принципу:
- зеленый свет нормальное рабочее состояние объекта;
- желтый свет - превышение предупредительного порога сигнализации концентрации измеряемых параметров;
- красный цвет - превышение аварийного порога сигнализации концентрации измеряемых параметров.
При измерении массовой доли влаги с дополнительного емкостного датчика снимается напряжение и рассчитанные средние значения напряжения пересчитываются по калибровочным данным устройства вместе с усредненной температурой фиксируются в памяти контроллера 10 и становятся доступны для чтения с использованием интерфейса.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, заключающихся в том, что в емкостной датчик введен нагревательный элемент, соединенный с контроллером, выполненным с возможностью управления нагревательным элементом по данным от измерителя температуры, а также одновременной фиксации в интервале измерений текущей температуры и показаний емкостного датчика с усреднением полученных результатов, достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств для контроля содержания водорода в технических маслах и нефтепродуктах с одновременным повышением точности контроля, поскольку используется способ погружения без предварительного выделения газов, и снижения влияния возможного образования конденсата при низких температурах и случайных факторов на результаты измерений.