Способ измерения плотности жидкости

 

Изобретение относится-к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности . Целью изобретения является повьшение быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышение точности за счет иссличения погрешности, связанной с нелинейностью статических характеристик дифманометра. В первом такте измерения сжатый воздух барботируют через вторую основную и дополнительную измерительные трубки и измеряют разность давлений, а во второмчерез основные измерительные трубки и компенсатор балластного давления при одновременном перемещении пьезометрической трубки до величины разнос- . ти давлений, равной первоначально измеренной, а плотность определяют из выраженияр , гдер и рц - соответственно плотности исследуемой и эталонной жидкостей; Н - глубина погружения.пьезометрической трубки; h - разность глубин погружения первой основной и дополнительной измерительных трубок. Измерительные трубки погружены в исследуемую жидкость , при этом глубины погружения дополнительной измерительной трубки меньше глубины погружения первой основной измерительной трубки, но больше глубины погружения второй основной измерительной трубки. 1 ил. § (D со сл 4 О 05

КМ11%

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 О 01 N 9/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3949925/31-25 (22) 04.09.85 (46) 23.11.87. Бюл. К 43 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) М.З.Кравец, В.П.Миронов и А.П.Страдымов (53) 532.14(088;8) (56) Глыбин И.П. Автоматические плотномеры. — Киев: Техника, 1965, с. 81-84.

Авторское свидетельство СССР и 1245942, кл. G 01 N 9/26,01.02.85. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится" к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения плотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышение точности за счет исключения погрешности, связанной с нелинейностью статических характеристик диАманометра. В первом такте измерения сжатый воздух барботируют через вторую основную и дополнительную измерительные трубки и измеряют разность давлений, а во втором- через основные измерительные трубки и .компенсатор балластного давления при одновременном перемещении пьеэометрической трубки до величины разности давлений, равной первоначально измеренной, а плотность определяют иэ выражения = )„Н„/h, где р и Р соответственно плотности исследуемой и эталонной жидкостей; Н „ — глубина погружения,пьезометрической трубки; h — разность глубин погружения первой основной и дополнительной измерительных трубок. Измерительйые трубки погружены в исследуемую жидкость, при этом глубины погружения дополнительной измерительной трубки меньше глубины погружения первой основной измерительной трубки, но больше глубины погружения второй основной измерительной трубки. 1 ил.

54064 2

Его первый (прямой) выход открывает пневмоклапаны 9 и 7, отпирает ключ

l5 и запрещает приводу 14 отрабатывать сигнал рассогласования. Второй (инверсный) выход триггера 17 закрывает пневмоклапаны 5 и 11. Таким образом, в первом такте измерения работают трубки 10 и 8, На плюсовой камере дифманометра 4 в этом такте давление равно

Р = 8(Н; -1)+Р„, +Р +Р„,, где о — плотность контролируемой жид15 кости;

g — - ускорение свободного падения;

P — потери давления на участке

М пневмолинии 2 от места под- . ключения дифманометра до среза барботажной трубки, обусловленные трением воздуха о стенки пневмолинии;

Р— избыточное давление воздуха, обусловленное силами поверх25 ностного натяжения, необходимое для отрыва пузырька воздуха от нижнего конца трубки;

P — давление, обусловленное скоч ростным напором жидкости, .изменяющее условия отрыва пузырька воздуха от нижнего конца барботажной трубки.

Аналогично, на минусовую камеру дифманометра 4 в первом такте дей35 ствует давление

1

13

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно K устройствам для измерения плотности жидкостей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышение точности измерения за счет исключения погрешности, связанной с нелинейностью статической характеристики дифманометра.

На чертеже изображен компенсационный пневмометрический плотномер, реализующий предлагаемый способ.

Плотномер содержит систему 1 питания воздухом, питающую плюсовую 2 и минусовую 3 независимые пневмолинии, между которыми включен дифманометр 4. Плюсовая линия 2 через пневмоклапан 5 питает первую основную измерительную трубку 6, погруженную в контролируемую жидкость на глубину Н,, а через пневмоклапан 7 — дополнительную измерительную трубку 8, погруженную на глубину (Н, -Ь), где разность глубин погружения первой основной и дополнительной измерительных трубок.

Минусовая линия 3 через пневмоклапан 9 питает вторую измерительную трубку 10 погруженную в жидкость на глубину Н ((Н, -h) а через пнев2 моклапан 11 — компенсатор 12 балластного давления с подвижной пьезометрической трубкой 13 и последовательно включенной измерительной трубкой

10, Пьеэометрическая трубка 13 кинематически связана с приводом 14, перемещающим ее вдоль вертикальной оси. Выход дифманометра 4 соединен с первым входом привода 14 и через ключ 15 — с входом блока 16 памяти, выход которого соединен с вторым входом привода 14, а управляющий вход ключа 15 и третий вход привода 14 соединены с первым (прямым) выходом счетного триггера 17, также соединенного с входами управления пневмоклапанов 7 и 9. Второй (инверсный) выход триггера 17 соединен с входами управления пневмоклапанов 5 и ll, а вход — с выходом генератора 18.

Плотномер работает следующим образом.

Цикл измерения состоит из двух тактов. Генератор 18 задает длительность измерения. В первом такте триггер 17 находится в состоянии "1".

Р, = дН +Р„ +Р +Р„ .

Обычно Р„, фР„, Р фР, РщфР„, так как скорость воздуха и расход в пневмолиниях различен.

Пусть статическая характеристика дифманометра 4 нелинейна и имеет вид р5 У=ао а (Р -P )+а (Р -Р ) + ° ° ° +

+а„(Р -Р ) где у — выходной сигнал дифманометра (например, ток, напряжение, частота и пр.);

50 à,...,a „ - коэффициенты модели статической характеристики дифманометра.

Эти коэффициенты могут медленно изменяться во времени, так как при

55 старении дифманометра происходят сдвиг и деформация его статической характеристики, особенно для простых приборов низкого класса точности.

Следовательно, на выходе дифманомет3 135406 ра в первом такте измерения имеется сигнал, который записывается в блок

16 памяти.

Нк к — ° (3) 50

55 у, =а,+а, (дН+ЬР)+а ()gH+6P)+ +

+а„((gH+hP) (1) 5 где Н=Н» -h-Н1, Во втором такте триггер 17 находится в состоянии логического "О11. 10

Его первый выход закрывает пенвмоклапаны 9 и 7, запирает ключ 15 и разрешает приводу 14 отрабатывать сигнал рассогласования. Второй выход триггера 17 открывает пневмоклапаны 15

5 и 11. Следовательно, в этом такте измерения работают трубки 6 и 10 и компенсатор 12 балластного давления.

В процессе компенсации привод 14 перемещает подвижнув пьезометрическую трубку 13 до тех пор, пока сигналы Hà его первом и второМ входах не уравняются.

Пусть положение равновесия соответ-25 ствует глубине погружения пьеэометрической трубки 13, равной Н, тогда в положении равновесия на плвсовой камере дифманометра 4 давление равно

P = gH, +Р »+Р +Р„,, 30 а на минусовой

P,= gH P„,+P +P +л„gH„, где 1 — плотность эталонной жидкос»-к ти в компенсаторе 12.

На выходе дифманометра 4 во втором такте имеют у =а,+а, (pg(H,-Н )+дР-р„цНД+.. ° +

+aÄ ((g(H, -Н )+Ч-PÄgHÄ), (2) 40 так как при полной компенсации у»=уд, приравнивая выражения (1) и (2), получают условие

)g(H»-Н -h)+hP= Z(H»-Н )+ Р-p„gH„ ° 45

Отсюда

Таким образом, глубина погружения компенсационной трубки 13 в эталонную жидкость прямо пропорциональна плотности измеряемой жидкости.

Из выражения (3) видно, что значение плотности жидкости, полученной в результате двух тактов измерения и компенсации, не зависит от условий работы плотномера, параметров

4 4 пневмолинии и режимов ее работы, а также параметров дифманометра и определяется только постоянными величинами h, „ и измеренным значением

Н„. В этом, случае погрешность измерения плотности определяется только погрешностью измерения величины К„, точностьв задания и поддержания величин h pÄ и точностью компенсации.

Все это справедливо только в том случае, если за время измерения и компенсации условие работы плотномера и параметры дифманометра не изменяются, т. е. величины P„,, Р„, Р„

Ъ Рч1 Р4 ". » 1 . 1» н " м н ни на интервале измерения. Так как длительность тактов всегда можно подобрать много меньше,чем период времени, в течение которого эти параметры существенно изменяются, это условие.в большинстве практических случаев автоматически соблюдается.

Значение Н, пропорциональное измеряемой плотности $ снимается с выхода привода 14, например как угол поворота вала исполнительного двигателя или число импульсов при использовании в приводе шагового двигателя.

Динамический диапазон измерения плотностей определяется пределом.изменения глубины Н погружения пьезометрической трубки 13, а предел измерения — величинами Н, p„ и h.

Плотномер, реализувщий предлагаемый способ, позволяет повысить точность измерения плотности жидкости на потоке при длительной эксплуатации в реальных производственных условиях без настройки и коррекции.

В то же время требования по точности к первичному преобразователю (дифманометру) значительно снижаются и возможно применение грубых и дешевых приборов.

В предлагаемом способе результат измерения не зависит от состояния объекта измерения (температуры, избыточного давления, уровня контролируемой жидкости1 состояния пневмолиний, расхода и скорости воздуха в линиях), а также состояния дифманометра (коэффициентов а,а,,...,а„ его статической характеристики в текущий момент времени). Все эти параметры могут изменяться во времени, однако эа время двух тактов измерения — компенсации они остаются практически постоянными. Следователь1354 но, дифманометр и плотномер в целом не требуют периодической настройки и коррекции, так как результат измерения не зависит от текущих параметров дифманометра и плотномера. 5

Применение предлагаемого способа, например, на буровой для контроля плотности бурового раствора на входе и выходе иэ скважины позволит повы. сить эффективность процесса бурения эа счет снижения затрат времени и средств на ликвидацию нефтегазоводопроявлений и аварийных выбросов из скважины, раннее обнаружение которых возможно только при повышении точности измерения плотности.

Кроме того, повышение точности измерения плотности бурового раствора

20 на входе в скважину позволит испольэовать высокопроизводительный равновесный режим бурения (по гидростатическому давлению на забой).

Формула изобретения

Об4 6 дополнительной измерительной трубки меньше глубины погружения первой основной измерительной трубки, но больше глубины погружения второй основной измерительной трубки, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с нелинейностью статических характеристик дифманометра, измерение производят эа два такта, в первом иэ которых сжатый воздух барботируют через вторую основную и дополнительную измерительные трубки и измеряют разность давлений, а во втором сжатый воздух барботируют через основные измерительные трубки и компенсатор балластного давления при одновременном перемещении пьезометрической трубки до тех пор, пока разность давлений не станет равна первоначально измеренной, а плотность жидкости определяют из выражения к 1 в где и p„

Способ измерения плотности жидкости, включающий барботирование сжатого воздуха через две основные измерительные трубки и компенсатор балластного давления с пьеэометрической трубкой и через основную и дополнительную измерительные трубки и измерение разности давлений посредством дифманометра, при этом измерительные трубки погружены в исследуемую жидкость, причем глубина погружения соответственно плотности исследуемой и эталонной жидкостей; глубина погружения пьезометрической трубки; разность глубин погружения первой основной и дополнительной измерительных трубок.

1354064

Составитель В.Алексеев

Редактор И.Горная Техред М.Ходанич Корректор М. Шароши

Заказ 5685/37 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4