Способ измерения параметров жидкости в резервуаре и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01N9/00 - Определение плотности или удельного веса материалов; анализ материалов путем определения их плотности или удельного веса (устройства для взвешивания G01G)

G01F22/00 - Способы и устройства для измерения объема жидкостей, газов или сыпучих материалов, не отнесенные к другим рубрикам

Владельцы патента RU 2548926:

Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" (RU)

Изобретение относится к технике контроля, измерения плотности, уровня и определения массы жидкостей преимущественно в резервуарах. Техническим результатом являются уменьшение погрешностей измерения интегральной плотности и уровня жидкости в резервуаре. В способе измерения параметров жидкости измеряют разность силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка, формируют угловое перемещение посредством воздействия сил на плечи углового шарнира, имеющего ортогональный груз, производят преобразование углового перемещения в электрический сигнал, по величине которого определяют интегральную плотность, измеряют отдельно сигнал, пропорциональный уровню жидкости от дна резервуара, определяют объем жидкости в резервуаре, умножая который на интегральную плотность вычисляют массу жидкости в резервуаре. В устройство измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащее буек и микроконтроллер, введены угловой шарнир, снабженный сенсором угла поворота шарнира и ортогональным грузом, а также уровнемер, причем буек закреплен на угловом шарнире, а выходы сенсора угла поворота и уровнемера подключены к микроконтроллеру. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике контроля, измерения параметров жидкостей преимущественно в резервуарах, таких как плотность, и определение уровня.

Известен способ измерения плотности (А.С. Галкин, А.И. Лакеев, Н.Д. Пискунов «Плотномер для жидкостей с низкой плотностью» патент РФ №2308019, МПК 6 G01N 9/10, 2006, опубликован 10.10.2007), при котором перемещение N поплавков, расположенных в жидкости по высоте резервуара, с магнитами внутри и уравновешивающими цепочками, измеряется магнитострикционным преобразователем перемещений для определения плотности жидкости в N точках. Однако данный способ не позволяет измерять интегральную (по высоте резервуара) плотность, в том числе с учетом градиента температуры, что вызывает низкую точность определения массы жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) в соответствии с ГОСТ Р 8.595-2004 «Государственная система обеспечения единства измерений. Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений».

Известен также способ измерения плотности жидких сред (В.С. Солдатов, Д.С. Зайцев, А.В. Солдатов. «Способ измерения плотности жидких сред и устройство для его осуществления» патент РФ №2331865, МПК 6 G01N 9/10, 2006, опубликован 20.08.2008), заключающийся в полном погружении физического тела с определенными массой и объемом в измеряемую среду, при котором перед погружением производят определение координат центра масс и выталкивающих сил физического тела, подвешенного на оси вращения, соответствующие вакууму, а плотность жидкости измеряется через смещение координат центра масс и центра выталкивающих сил относительно точки подвеса, выраженных через угол поворота физического тела, полностью погруженного в жидкость. Однако данный способ не позволяет измерять интегральную плотность по высоте резервуара, в том числе с учетом градиента температуры, что вызывает низкую точность определения массы жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) в соответствии с ГОСТ Р 8.595-2004.

Известно устройство измерения плотности жидких сред (В.С. Солдатов, Д.С. Зайцев, А.В. Солдатов. «Способ измерения плотности жидких сред и устройство для его осуществления» патент РФ №2331865, МПК 6 G01N 9/10, 2006, опубликован 20.08.2008), содержащее размещенное внутри корпуса на оси вращения физическое тело со смещенным центром масс относительно центра выталкивающих сил. Однако данное устройство не позволяет измерять интегральную плотность по высоте резервуара, в том числе с учетом градиента температуры, что вызывает низкую точность определения массы жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) в соответствии с ГОСТ Р 8.595-2004.

Известен способ для измерения уровня и плотности жидкости, представленный в патенте №2277229 С1, МПК 6 G01F 23/30, G01N 9/10, 2005, опубликованном 27.05.2006, выбранный в качестве прототипа и содержащий поплавок в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт (далее буек), тензопреобразователь, гибкий трос, соединенный с поплавком и тензопреобразователем, а также шаговый реверсивный двигатель с микрометрическим винтом, который соединен с тензопреобразователем. При измерении уровня жидкости измеряют сигнал с тензопреобразователя, пропорциональный разности силы тяжести буйка и выталкивающей силы, действующей на его погруженную в жидкость часть, и по его изменению вычисляют уровень жидкости. При измерении плотности жидкости вычисляют разностный сигнал с тензопреобразователя при двух фиксированных различных положениях буйка и по этому разностному сигналу вычисляют плотность жидкости.

Известно устройство для измерения уровня и плотности жидкости, представленное в патенте №2277229 С1, МПК 6 G01F 23/30, G01N 9/10, 2005, опубликованном 27.05.2006, выбранное в качестве прототипа и содержащее буек в виде полого цилиндра, нижний конец которого герметично закрыт, тензопреобразователь, гибкий трос, соединенный с поплавком и тензопреобразователем, а также шаговый реверсивный двигатель с микрометрическим винтом, который соединен с тензопреобразователем.

Недостатками данного способа и устройства являются высокая погрешность измерений интегральной плотности и уровня, определяемые дискретностью шагового двигателя и точностью микрометрического винта, большие погрешности при изменении температуры, а также поочередное измерение уровня и плотности, что не позволяет определять мгновенную массу жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) в соответствии с ГОСТ Р 8.595-2004.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются уменьшение погрешностей измерения интегральной плотности и уровня, снижение погрешностей при изменении температуры и определение мгновенной массы жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) с соответствующей точностью.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения параметров жидкости в резервуаре, включающем измерение разности силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка, в отличие от известного, разность силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка преобразуют в угловое перемещение посредством воздействия сил на плечи углового шарнира, снабженного ортогональным грузом, угловое перемещение преобразуют в электрический сигнал, по величине которого производят определение интегральной плотности, измеряют сигнал, пропорциональный уровню жидкости от дна резервуара, с учетом которого определяют объем жидкости в резервуаре, и по объему жидкости в резервуаре и интегральной плотности определяют массу жидкости в резервуаре.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащее буек и микроконтроллер, введены угловой шарнир с сенсором угла поворота шарнира и с ортогональным грузом, а также уровнемер с измерением от дна резервуара, причем буек шарнирно закреплен на угловом шарнире, а выходы сенсора угла поворота и уровнемера подключены к микроконтроллеру.

Результат достигается за счет того, что формируют угловое перемещение, пропорциональное измеренной разности, посредством углового шарнира, снабженного ортогональным грузом, угловое перемещение преобразуют в электрический сигнал, по его величине и используя полученный отдельно сигнал, пропорциональный уровню жидкости от дна резервуара, определяют интегральную плотность. Далее по величине сигнала уровня и, например, калибровочной таблицы резервуара, ставящей в соответствие объем жидкости в резервуаре измеренному уровню, определяют объем жидкости в резервуаре, умножая который на интегральную плотность получают массу жидкости в резервуаре.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, в которых приведены:

на фиг.1 - эскиз устройства для измерения плотности и уровня жидкости в резервуаре;

на фиг.2 - эскиз, поясняющий принцип работы буйка на угловом шарнире с ортогональным грузом.

На приведенных чертежах приняты следующие обозначения:

1 - буек;

2 - микроконтроллер;

3 - угловой шарнир;

4 - ортогональный груз;

5 - уровнемер с измерением от дна резервуара, например поплавковый, с поплавком 6;

7 - сенсор угла поворота шарнира (может быть размещен непосредственно в шарнире 3);

У - уровень жидкости от дна в резервуаре;

L - высота буйка до точки соединения с угловым шарниром 3;

Н - глубина погружения буйка 1;

R_б, R_г - длина плечей углового шарнира 3 для буйка и груза соответственно. Длины плечей могут быть разными, но для удобства расчетов приняты равными, т.е:

В₀ - высота установки углового шарнира 3 от дна резервуара;

ρ - плотность жидкости в резервуаре;

α - угол поворота углового шарнира 4;

S - сечение буйка 1;

m_б - масса буйка 1;

m_г - масса ортогонального груза 4.

Массы буйка и ортогонального груза могут быть разными, но для удобства расчетов приняты равными m, т.е

Работает устройство следующим образом.

На левое плечо углового шарнира 3 (фиг.2) действует разность силы тяжести шарнирно закрепленного буйка 1 и его выталкивающей силы. На правое плечо углового шарнира 3 действует сила тяжести ортогонального груза 4. Угол поворота α углового шарнира 3 определяется из равенства вращающих моментов сил, действующих на его плечи. В зависимости от уровня и интегральной плотности жидкости изменяется выталкивающая сила, действующая на буек 1, что приводит к изменению угла поворота α углового шарнира 3. Сигнал с сенсора угла поворота 7 (фиг.1) поступает на микроконтроллер 2, который содержит блоки преобразования величины угла поворота и величины уровня У от уровнемера 5 с измерением от дна резервуара, а также блок вычисления интегральной плотности жидкости. В памяти микроконтроллера 2 хранится калибровочная таблица резервуара, по которой и определяется объем жидкости. С помощью величины объема жидкости и ее интегральной плотности блок вычисления массы микроконтроллера 2 вычисляет массу жидкости в резервуаре.

Исходя из равенства вращающих моментов сил в угловом шарнире 3 (фиг.2) с учетом выражений (1) и (2) можно получить следующее основное выражение для интегральной плотности:

В отличие от известного в предложенном способе разность силы тяжести и выталкивающей силы буйка 1 (фиг.1) преобразуют в угловое перемещение с помощью углового шарнира 3, имеющего ортогональный груз 4. Следует отметить, что величина выталкивающей силы зависит как от интегральной плотности жидкости, так и от уровня, что позволяет при измеренном отдельно значении уровня от дна уровнемером 5 вычислить по формуле (3) значение интегральной плотности жидкости. Далее из сигнала уровня и калибровочной таблицы определяют объем жидкости в резервуаре, который умножают на интегральную плотность для вычисления массы жидкости в резервуаре.

В отличие от известного, в предлагаемых способе и устройстве отсутствуют погрешности, связанные с дискретностью шагового двигателя и микрометрического винта, а также погрешности, связанные с изменениями микрометрического винта при изменении температуры. Кроме того, в предлагаемых способе и устройстве процессы измерения уровня и плотности проводятся не поочередно, а одновременно в отличие от известного, что позволяет определять мгновенную массу жидкости в резервуаре косвенным методом статических измерений массы (через плотность и объем) в соответствии с ГОСТ Р 8.595-2004.

Литература

1. А.С. Галкин, А.И. Лакеев, Н.Д. Пискунов «Плотномер для жидкостей с низкой плотностью» патент РФ №2308019, МПК 6 G01N 9/10, 2006, опубл. 10.10.2007.

2. ГОСТ Р 8.595-2004 «Государственная система обеспечения единства измерений. Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений».

3. В.С. Солдатов, Д.С. Зайцев, А.В. Солдатов. «Способ измерения плотности жидких сред и устройство для его осуществления» патент РФ №2331865, МПК 6 G01N 9/10, 2006, опубл. 20.08.2008.

4. А.М. Бердников, С.В. Золотарев, Г.В. Поляев, В.А. Цымбалист. «Устройство для измерения уровня и плотности жидкости» патент №2277229 С1, МПК 6 G01F 23/30, G01N 9/10, 2005, опубликован 27.05.2006.

1. Способ измерения параметров жидкости в резервуаре, включающий измерение разности силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка, отличающийся тем, что разность силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка преобразуют в угловое перемещение посредством воздействия сил на плечи углового шарнира, снабженного ортогональным грузом, угловое перемещение преобразуют в электрический сигнал, по величине которого производят определение интегральной плотности, измеряют сигнал, пропорциональный уровню жидкости от дна резервуара, с учетом которого определяют объем жидкости в резервуаре, и по объему жидкости в резервуаре и интегральной плотности определяют массу жидкости в резервуаре.

2. Устройство измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащее буек и микроконтроллер, отличающееся тем, что в него введены угловой шарнир, снабженный сенсором угла поворота и ортогональным грузом, а также уровнемер с измерением от дна резервуара, причем буек шарнирно закреплен на угловом шарнире, а выходы сенсора угла поворота и уровнемера подключены к микроконтроллеру.

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством трубопровода, проходящего через указанные заряд и оболочку.

Способ измерения плотности // 2540247

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем, например сыпучие, волокнистые, тканые и нетканые материалы, пористая фильтрующая керамика, газонаполненные пластмассы (поропласты) и др., а также твердых тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Способ и устройство для измерения физических свойств свободнотекучих материалов в емкостях // 2535249

Настоящее изобретение относится к системам и способам для неинвазивного измерения механических свойств негазообразных, свободнотекучих материалов в емкости и, в частности, для определения плотности и параметров, связанных с сопротивлением сдвигу негазообразного, свободнотекучего вещества.

Устройство контроля плотности // 2534379

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам контроля плотности твердой фазы гетерогенных систем и тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Гидростатический плотномер // 2532693

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к гидростатическим устройствам для измерения плотности жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Лабораторный анализатор плотности газов // 2531043

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Лабораторный анализатор плотности газов содержит миниатюрное турбулентное сужающее устройство, вход которого связан через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки, и выходом измерительной камеры индикатора давления, одна из стенок которой выполнена в виде упругой мембраны, а ее вход соединен через вентиль с линией анализируемого газа.

Устройство для измерения параметров оседания частиц в текучей среде // 2530431

Устройство предназначено для измерения параметров оседания частиц в текучей среде, в частности в буровых растворах. Устройство представляет собой емкость в виде полого цилиндра, состоящего из двух соосно расположенных цилиндрических частей (1, 2), первая из которых имеет дно, а вторая герметично соединена с первой частью (1) посредством разъемного соединения.

Способ и устройство для радиационного измерения плотности твердых тел // 2529648

Изобретение относится к области измерения плотности изделий с использованием рентгеновского излучения. Способ радиационного измерения плотности твердых тел путем облучения контролируемого объекта проводят потоком широкополосного рентгеновского излучения, регистрируется практически все обратнорассеянное излучение, и определение плотности осуществляется по полученным данным из спектров обратнорассеянного излучения, которое регистрируют одновременно в каждом из двух детекторов, определяют функцию распределения обратнорассеянного излучения в зависимости от энергии для каждого из детекторов, корректируют в соответствии с изменением геометрии при движении, выделяют энергетические диапазоны в спектре обратнорассеянного излучения, получают интегральные характеристики обратнорассеянного рентгеновского излучения в каждом энергетическом диапазоне, на основе которых по математическим моделям зависимости интегральных характеристик от плотности при различных энергиях излучения устанавливают плотность объекта контроля, которая описывается для каждого из каналов (детекторов).

Способ центробежной порометрии // 2526301

Изобретение относится к методам исследования пористой структуры разнообразных природных и искусственных пористых объектов и может быть использовано в тех областях науки и техники, где они исследуются или применяются.

Вибрационный денситометр с улучшенным вибрирующим элементом // 2526297

Настоящее изобретение относится к денситометрам (плотномерам), а более конкретно к вибрационному денситометру с улучшенным вибрирующим элементом. Устройство содержит вибрирующий элемент (402).

Устройство для измерения массы нефтепродуктов в траншейном резервуаре // 2531556

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах. Отличительной особенностью устройства для измерения массы нефтепродуктов в траншейном резервуаре, содержащего измерительную систему, измеряющую уровень, плотность, температуру и массу продукта в резервуаре, является то, что в измерительную систему введены магнитострикционные датчики контроля высоты резервуара с подвижными элементы с магнитами.

Способ измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах // 2529654

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах. Способ измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах позволяет выполнять измерения уровня, плотности, температуры и массы продукта в траншейных резервуарах с использованием магнитострикционных датчиков и контроля расстояния между дном и крышей резервуара.

Способ для определения параметров нефтегазоводяного потока // 2519236

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для работы в составе измерительных установок и передачи данных о параметрах нефтегазоводяного потока в вычислительный блок измерительной установки для корректировки данных, участвующих в вычислении дебита продукции нефтяных скважин.

Способ определения объема газового включения // 2435143

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам контроля состояния систем терморегулирования. .

Высокочастотный измеритель объема // 2393434

Изобретение относится к бесконтактным средствам измерения объема различных сред, включая агрессивные и сыпучие (грунт). .

Способ для измерения массы жидкого продукта в резервуаре // 2380658

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения массы нефтепродуктов и других жидкостей, в том числе взрывоопасных, при их отпуске, приеме и хранении.

Устройство для измерения массы жидкого продукта в резервуаре // 2343426

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения массы нефтепродуктов и других жидкостей. .

Способ заправки жидким теплоносителем системы терморегулирования космического аппарата и устройство для его реализации // 2300492

Изобретение относится к способам и устройствам для заправки жидким теплоносителем системы терморегулирования космического аппарата. .

Волоконно-оптический измеритель объема и уровня жидкости // 2187079

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля объема и уровня жидкости. .

Устройство измерения частоты событий // 2156471

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, может быть использовано для измерения частоты и периода сигналов от датчиков измерений неэлектрических величин, например, расхода газовой среды.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров // 2561660

Изобретение относится к области хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов. Способ оценки количественных потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуара, оборудованного дыхательным клапаном, заключается в контроле над изменением избыточного давления в резервуаре и предусматривает регистрацию значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства в резервуаре, определение изменений массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара, определение массовых потерь от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов по определенным формулам. Обеспечивается повышение точности определения массовых потерь. 1 табл., 1 пр.