Устройство для измерения концентрации жидких сред

 

Использование: измерение концентрации нефти в высокообводненной эмульсии в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти. Сущность изобретения: устройство содержит полый световод, внутри, которого заподлицо с торцом размещен цилиндрический электрод. Часть наружной поверхности световода размещена внутри кольцевого пьезопреобразователя, закрепленного в корпусе устройства. Особенностью устройства является наличие внутри полого световода цилиндрического электрода и кольцевого пьезопреобразователя на части наружной поверхности световода . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 0t N 21/59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4733307/25 (22) 29.08.89 (46) 23.10,92. Бюл. № 39 (75) В.Л.Беляков и А.В.Беляков (56) Патент CLLIA № 4561779, кл. G 01 N 21/01, опублик. 1985.

Авторское свидетельство СССР

N1548718,,кл. 6 01 N21/59,,1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОН- .

ЦЕНТРАЦИИ ЖИДКИХ СРЕД (57) Использование: измерение концентрации нефти в высокообводненной эмульсии в

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти для измерения концентрации нефти в высокообводненной эмульсии, Известно устройство для измерения концентрации веществ (Патент США №

4561779, кл. G 01 N 21/01. Прибор для измерения концентрации вещества в суспензии;

Нагамме M., Иноус И., Текенатцу Н, 31.12.85, Приоритет Японии 07.83, заявка ¹

456414), содержащее два светопроводящих приспособления. Одно из них имеет светоиспускающий торец, с которого на суспензию попадает свет, а другое — торец, на который попадает свет из суспензии. Второе приспособление передает полученный свет к блоку измерения оптической плотности. Указанные излучающий и приемный торцы расположены на расстоянии один от другого, что позволяет свету попадать в ячейку и дает возможность принимать свет из пространства внутри ячейки для измеряемой суспенэии. Между светоиспускающим торцом расположено рассеивающее приспособление для обеспечения линейной засистемах автоматизации процессов добычи и переработки нефти. Сущность изобретения: устройство содержит полый световод, внутри. которого заподлицо с торцом размещен цилиндрический электрод, Часть наружной поверхности световода размещена внутри кольцевого пьезопреобразователя, закрепленного в корпусе устройства. Особенностью устройства является наличие внутри полого световода цилиндрического электрода и кольцевого пьезопреобразователя на части наружной поверхности световода. 1 ил. висимости между измеряемой оптической плотностью и концентрацией суспенэии.

Недостатком данного устройства является влияние на точность измерения изменения концентраций дисперсной среды (например, солесодер>кание в водной фазе водонефтяной эмульсии) и загрязнение светоиспускающего и приемного торцов светопроводя щих и рис пособл ений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения концентрации жидких сред (Авт, св. ¹ 1548718, кл. G 01 N 21/59), содержащее источник света с блоком питания и расположенные по ходу излучения осветительный и приемный световоды. блок измерения оптических характеристик, а также пьезопреобразователи, переключатель, электронные схемы для передачи и приема ультразвуковых сигналов, вычисли гельный блок. В данном устройстве одновременно измеряются выходные сигналы ультразвукового и оптического датчиков и обоабатываются по специальному алгоритму в вычислительном блоке, При практическом использовании устройства возникают трудности, обусловлен1770852

55 ные высоким акустическим сопротивлением стеклянных световодов, удаленностью ультразвуковых преобразователей от места ввода световода в контролируемую среду.

Вследствие этого необходимо увеличивать мощность подаваемых в среду ультразвуковых колебаний, что, в своф очередь, приводит к снижению точности измерения.

Цель изобретения повышение точности иэмерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник излучения с блоком питания и расположенный по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических характеристик среды, два пьезопреобразователя, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жестко закреплены пьеэопреобразователи, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой — с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды,: введены генератор и приемник СВЧ-колебаний, световоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к другу, расположены цилиндрические электроды, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором СВЧ-колебаний, а другой — с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, а пьеэопреобразователи выполнены кольцеобраэными, охватывающими своими внутренними поверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

В трубопровод 1 с контролируемой жидкостью 2 погружены. датчики 3 и 4, каждый из которых содержит полые световоды 5 и

6, цилиндрические электроды 7 и 8, размещенные соответственно внутри полых световодов 5 и 6, кольцевые пьеэопреобразователи 9 и 10, охватывающие с наружной стороны полые световоды, и закрепленные в корпусах датчики 11 и 12.

Излучение световода 13, связанного с блоком питания 14, подается на один из световодов и воспринимается приемным световодом 15, электрически связанным с блоком измерения оптических характеристик 16. На электрод 7 через переключатель

17 подаются от генератора 18 СВЧ-колебания, а электродом 8 воспринимаются СВЧколебания, прошедшие через контролируемую среду и через переключатель 17.

Интенсивность СВЧ-колебаний измеряется приемником СВЧ-колебаний 19. Лналогичным образом на кольцеобразный пьезопреобразователь 9 через переключатель 17 подаются в среду колебания от генератора ультразвуковых колебаний 20.

Интенсивность ультразвуковых колебаний измеряется при помощи кольцеобразноro пьезопреобразователя 10, электрически связанного через переключатель 17 с измерителем ультразвуковых колебаний

21. Управление работой устройства, обработка измерительной информации и выдача результатов измерений осуществляется с помощью вычислительного микропроцессорного блока 22.

Помимо оптического датчика (передающий световод 5 — приемный световод 6), ультразвукового (передающий пьезопреобраэователь 9 — приемный пьезопреобразователь 10) и СВЧ-датчика (передающий

СВЧ-колебания электрод 7 и воспринимающий СВЧ-колебания электрод 8), в данном устройстве могут быть использованы дополнительные СВЧ-датчики, образованные наружными поверхностями цилиндрических электродов 7 и 8 и наружными поверхностями (обращенными внутрь в контролируемую жидкость) пьезопреобразователей 9 и 10 соответственно.

Для измерения концентрации нефти в высокообводненной водонефтя ной эмульсии достаточно трех датчиков, так как наряду с измеряемым информативным параметром (концентрация нефти в высокообводненной эмульсии) необходимо контролировать и неинформативные параметры (содержание солей в водной фазе эмульсии, температура).

Устройство работает следующим образом. Свет от источника 13 (световода), электрически связанного с блоком питания 14, после прохождения через полый световод5, контролируемую среду 2 и полый световод

6, попадает на приемник 15 (светодиод),,:, включенный в схему измерителя оптических, i характеристик 16, Сигнал с измеритеая оаэи;. „ ческих характеристик 16, пропорциональный концентрации нефти в воде,и неинформативным параметрам, поступает в вычислительный блок 22 (микроЭВМ "Электроника" К1-20), где с учетом влияния неинформат ивных параметров происходит

1770852

25 сосуд с мешалкой, в которь и помещают пер- 45 вичные оптические преобразователи кон50

55 обработка сигналов и вычисляется окончательный результат измерения концентрации нефти в эмульсии.

Одновременно с подачей света через переключатель 17 с помощью генератора ультразвуковых колебаний 20 подается напряжение на кольцевой пьезопреобразователь 9, а выходной сигнал воспринимается кольцевым пьеэопреобраэователем 10, связанным с измерителем ультразвуковых колебаний 21, сигнал с которого подается также на вычислительный блок 22, где sanoминается его значение. Затем при помощи переключателя 17 включается в работу СВЧдатчик, образованный наружными поверхностями электродов 7 и 8, Электрод 8 соединен с измерителем СВЧ-колебаний

19, электрически связанным с вычислительным блоком 22.

Таким образом, в вычислительный блок приходят три сигнала с измерителей 16, 19, 21. Эти сигналы 01, Ог, Us могут быть представлены в виде зависимостей: о1 = а1К+ Ь Н + с1п1;

Бг = агК + ЬгН + сгтп; (1)

Us = азК+ ЬзН + сзт, где К, Н, m — концентрация солей в водной фазе эмульсии, нефти в водонефтяной эмульсии и температура соответственно; а1, аг, аз, b „Ьг, Ьз, с1, сг, сз — коэффициенты, определяемые при градуировке концентратомера, Зависимости (1) решаются в вычислительном устройстве относительно К, Н, m, и в выходной сигнал, соответствующий концентрации нефти в эмульсии, вводится необходимая коррекция в зависимости от концентрации солей в эмульсии и температуры.

Для проверки макета прибора в лабораторных условиях приготавливают эмульсии с заданным содержанием нефти, солей при помощи мешалки. Приготовленные эмульсии заливают в размещенный в термостате центратомеров. Подсо.единение осуществляют по схеме, изображенной на чертеже. Производят по 11 измерений в точках 100, 200, 300, 400, 500 и 1000 мг/л нефти в эмульсии и оценивают погрешность измерения концентрации нефти в эмульсии при различных концентрациях солей (50, 100, 200 мг/л) в водной фазе эмульсии и разных температурах (20, 30, 40 С). Максимальная погрешность измерения 2,5 Д.

Предел относительной приведенной погрешности выбранного в качестве базового прибора (прибор "Волна" ) для измерения содержания нефти в воде составляет 5;4, 5

При использовании изобретения отпадает необходимость в применении приспособлений для подготовки пробы и применении реагентов, и; гл:; .с;с1 то ность измерения вследствие того, что учитывается влияние неинформативных параметров на результаты измерений и нет необходимости подавать ультразвуковой сигнал для преодоления больша о акустического сопротивления световода; размещение кольцевого пьеэопреобразователя в зоне размещения оптического датчика способствует уменьшению влияния загрязнений поверхности оптического датчика на точность измерения.

Предлагаемое устройство может найти применение в различных отраслях промышленности для контроля качественных параметров в процессах, где имеет место влияние. неинформативного параметра на результат измерения концентрации жидких сред оптическим или ультразвуковым преобразователем.

Формула изобретен ия

Устройство для измерения концентрации жидких сред, содержащее источник излучения с блоком питания и расположенный по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических характеристик среды, два пьезопреобразователя, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жестко закреплены пьезопреобразователи, один иэ которых электрически соединен через переключатель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой — с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, устройстводополнительно снабжено генератором и приемником СВЧ-колебаний. световоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к другу, расположены цилиндрические электроды. один иэ которых электрически соединен через переключатель с генератором СВЧ-колебаний, другой — с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, а пьезопреобраэователи выполнены кольцеобразными, охватывающими своими внутрен ними гюверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе.

1770852

Составитель В, Беляков

Редактор Г. Бельская Техред ММоргентал Корректор Л. Филь

Заказ 3737 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101