Устройство для измерения электрофизических параметров нефти и ее компонентов
DEVICE FOR MEASURING ELECTROPHYSICAL PARAMETERS OF OIL AND ITS COMPONENTS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частотных зависимостей полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов, в частности донных отложений в резервуарах для хранения нефти.
Из существующего уровня техники известен Патент на изобретение №2119156, опубл. 20.09.1998 г. «Устройство диагностики состояния нефтей по их активной электропроводности». Устройство содержит высокочастотный определитель электропроводности (на частоте 1 МГц) и низкочастотный определитель электропроводности (на частоте 1 кГц), с помощью которых поочередно снимаются показания из датчика с диагностируемой нефтью в диапазоне температур от 0°C до 50°C.
Недостатками известного устройства являются ограниченный выбор рабочих частот, низкая помехозащищенность. Указанные недостатки существенно ограничивают области применения данного устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является Патент на изобретение №22009422, опубл. 27.07.2003 г. «Устройство диагностики состояния нефтей и продуктов нефтепереработки по их активной электропроводности и диэлектрической проницаемости». Устройство содержит перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, воздействующих на сенсор с диагностируемым веществом, и измеритель температуры. Сигналы от сенсора поступают в определители активной электропроводности и диэлектрической проницаемости. От измерителя температуры и от определителей данные поступают в микропроцессор и далее в банк данных. Окончательные результаты передаются на индикатор с возможностью вывода на компьютер.
Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность, особенно от электромагнитных полей, создаваемых от силового электрооборудования и от электрических сетей на кратных частотах промышленной частоты (50-60 Гц). Указанная особенность предопределяет необходимость тщательной экранировки сенсора с нефтью. Кроме этого, еще одним недостатком данного устройства является возникновение дополнительных погрешностей, связанных с неучтенными фазовыми сдвигами электрических сигналов в измерительной схеме.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании устройства, позволяющего оперативно, с высокой точностью и с высокой помехозащищенностью измерять частотные зависимости полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов.
Поставленная задача решается следующим образом. Заявляемое устройство содержит сенсор, представляющий собой измерительную ячейку, заполненную диагностируемым продуктом и снабженную измерителем температуры и двумя плоскопараллельными металлическими электродами, а также генератор синусоидальных электрических сигналов, напряжение с выхода которого подается на один из упомянутых выше металлических электродов сенсора. В отличие от известного устройства генератор синусоидальных электрических сигналов выполнен двухканальным с возможностью регулируемого фазового сдвига сигналов между каналами, при этом сигнал с первого выхода генератора электрических сигналов через измерительную ячейку с диагностируемым продуктом и через первый усилитель тока подается на аналоговый вход первого аналогово-цифрового преобразователя, цифровой код с выхода которого через интерфейс поступает в ПК. Кроме этого, второй выход генератора электрических сигналов подключен к эталонному резистору, сигнал с которого поступает на второй усилитель тока, усиливается и далее поступает на аналоговый вход второго аналогово-цифрового преобразователя, цифровой код с выхода которого через интерфейс поступает в ПК, на базе которого реализован виртуальный двухканальный анализатор сигналов. В совокупности с предлагаемыми выше отличиями в заявляемом устройстве эффект повышения точности, чувствительности и помехозащищенности достигается за счет реализованного программно в ПК синхронного детектирования цифровых сигналов (цифровых кодов), поступающих в ПК. При этом в качестве опорного сигнала для синхронного детектирования используется цифровой код, поступающий с выхода упомянутого выше второго аналогово-цифрового преобразователя. Измерение активной компоненты проводимости осуществляется при нулевом фазовом сдвиге сигналов на выходах двухканального генератора сигналов, а измерение реактивной составляющей проводимости осуществляется при 90-градусном фазовом сдвиге сигналов на выходах упомянутого генератора.
На фиг. 1 да общий вид установки устройства.
Устройство для измерения электрофизических параметров нефти и ее компонентов представляет собой установку, включающую в себя:
1 - двухканальный генератор электрических сигналов; 2 - сенсор, представляющий собой измерительную ячейку, заполненную диагностируемым продуктом и снабженную датчиком 11 измерителя температуры 10 и двумя плоскопараллельными металлическими электродами; 3 - эталонный резистор; 4, 5 - соответственно первый и второй усилители тока; 6, 7 - соответственно первый и второй аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); 8 - интерфейс связи первого и второго АЦП с ПК; 9 - ПК; 10 - измеритель температуры; 11 - датчик температуры.
Перед проведением измерений из резервуара хранения нефти отбираются пробы объемом порядка 15-50 мл, помещаются в измерительную ячейку и производятся исследования образцов на собранной установке. Измерения проводятся при длительной выдержке образцов при каждой заданной температуре для установления стабильных во времени электрофизических характеристик.
1
2
Два сигнала, которые формируют перестраиваемый генератор электрических сигналов 1, в виде синусоидальных напряжений с частотой f поступают соответственно на сенсор 2 и эталонный резистор 3. Токи i (t, f) и i (t, f), соответственно протекающие через сенсор 2 и эталонный резистор 3, затем поступают соответственно через усилители тока 4 и 5 на аналогово-цифровые преобразователи 6 и 7. Цифровые коды с выходов последних вводятся в персональный компьютер и обрабатываются с помощью программы "Двухканальный анализатор сигналов". Для повышения чувствительности и помехозащищенности используется синхронное детектирование сигналов цифровыми методами. Измерение температуры производится при помощи цифрового измерителя температуры 10, выносной датчик 11 которого опускается в исследуемый образец. Данные с измерителя температуры 10 выводятся на интерфейс связи АЦП с ПК.
Таким образом, заявленное устройство позволяет оперативно, с высокой точностью и с высокой помехозащищенностью измерять частотные зависимости полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов, обладает простотой конструкции.