Способ измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества с коррекцией по температуре и устройство для его реализации

Настоящее изобретение относится к измерению массы одного вещества в составе с другим веществом. Предлагаемый способ измерения массы Мх одного из компонентов «х» двухкомпонентного вещества («x» и «y»), поступающего по трубопроводу с внутренним сечением S за время Т, с коррекцией по температуре (t°) этого вещества, состоящий из измерения температуры вещества (t°), скорости потока (U) и в определении силы (F), с которой поток действует на элемент сопротивления и в вычислении массы Мх по формуле Мхx(t°)/(ρx(t°)-ρy(t°))∫T(KF/U-ρy(t°)SU)dt, где Мх - масса измеряемого вещества компонента «x» за время Т, K - градуировочный коэффициент, ρx(t°) и ρy(t°) - известные зависимости плотностей ρх и ρу двух компонентов соответственно «x» и «y» от температуры t° контролируемого вещества. Устройство, реализуемое предлагаемый способ, состоит из трубопровода с внутренним диаметром S, датчика температуры контролируемого вещества, датчика скорости потока в трубе, пьезодатчика, преобразующего действие силы F в эквивалентный электрический сигнал, который, как и сигналы от других датчиков, поступает на вычислительное устройство для определения Мх по приведенной выше формуле. Технический результат - повышение точности измерения массы одного компонента в двухкомпонентном веществе, транспортируемом по трубопроводу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к измерению массы одного вещества в составе с другим веществом.

Данное техническое решение может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо измерять массу одного из компонентов двухкомпонентного технологического продукта.

В частности данное изобретение может быть использовано в оперативном контроле добычи нефти непосредственно на нефтяной скважине по результатам контроля скважинной жидкости с помощью данного устройства, что позволит оперативно оценивать эффективность работы данной скважины в реальном масштабе времени.

Известны многофазные массовые расходомеры (патенты РФ №2406977, №2460973 и №2339007), использующие силы Кориолиса в колеблющихся трубках, в которых проходит поток контролируемой многофазной среды.

Недостатком указанных устройств является ограничение по содержанию газа в контролируемой многофазной среде.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство измерения массового расхода газожидкостной среды (патент РФ №2178871), содержащий датчик объемного расхода газожидкостной среды, датчик плотности смеси, вычислительные устройства (умножители, делители, вычитающие устройства, блок задания константы, ПЗУ) и индикатор.

Недостатком указанного прототипа является зависимость точности измерений от структуры потока и, в частности, от вида и степени присутствия газового компонента.

Кроме того, такое устройство сложное из-за применения радиационного датчика плотности с источником ионизирующего излучения и стоимость его очень высока.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения массы одного компонента в двухкомпонентном веществе, транспортируемом по трубопроводу.

На фигуре представлено предлагаемое устройство, где:

1. Трубопровод с потоком контролируемого вещества.

2. Датчик скорости потока.

3. Элемент сопротивления потоку.

4. Пьезодатчик.

5. Вычислительное устройство.

6. Индикатор.

7. Датчик температуры.

Предлагаемый способ и устройство для измерения массы вещества работает следующим образом.

Поток контролируемого вещества в трубопроводе 1 воздействует на датчик скорости потока 2, например, турбинный расходомер. Выходной сигнал с датчика скорости потока 2, пропорциональный скорости потока U, поступает на первый вход вычислительного устройства 5. Далее поток по трубопроводу воздействует на элемент сопротивления потоку 3, который жестко связан с пьезодатчиком 4. Под действием потока элемент сопротивления потоку 3 заставляет деформироваться пьезодатчик 4, сигнал с которого поступает на второй вход вычислительного устройства 5. Сигнал с датчика температуры 7, отражающий текущую температуру контролируемого вещества, поступает на третий вход вычислительного устройства.

Таким образом, из-за действия силы F на элемент сопротивления 3, а в конечном счете и на пьезодатчик 4, с последнего будет поступать сигнал F=κма=κмU/Δt,

где κ - коэффициент, который определяется конструктивными параметрами элемента сопротивления 3 и пьезодатчика 4;

м - часть массы вещества потока, которая воздействует на элемент сопротивления 3 за промежуток времени Δt;

а - ускорение;

U - скорость потока.

Пользуясь последней формулой, определим общую массу М вещества, проходящего по всему поперечному сечению S трубопровода за время Т:

где K - градуировочный коэффициент устройства, который определяется при его аттестации на расходомерном стенде.

Для случая, когда измеряется двухкомпонентное вещество с плотностями ρхи ρу компонентов «х» и «у», запишем массу этого вещества в виде:

М=ρхVxуVy,

здесь Vx и Vy - объемы компонентов «х» и «у» в общем объеме V=Vx+Vy. Для определения, например, Vx с учетом последнего выражения запишем

М=ρxVxyVxyV,

откуда Vx=М/(ρху)-ρуV/(ρху),

учитывая, что V=USΔt и М=(KF/U)Δt, объем компонента «х», поступивший по трубопроводу за время Т определится как

Vx=1/(ρxу)∫T(КF/U-ρySU)dt,

а масса компонента «х», поступившая по трубопроводу за время Т, выразится в виде

В предлагаемом техническом решении в формуле (2) вместо постоянных значений плотностей ρх и ρу вводятся функции зависимости этих плотностей от текущей температуры контролируемого вещества ρx(t°) и ρy(t°).

Мхx(t°)/(ρx(t°)-ρy(t°))∫T(КF/U-ρy(t°)SU)dt.

Эти зависимости определяются либо по известным физическим данным компонентов контролируемого вещества, либо по результатам лабораторных замеров плотностей компонентов при различных реально возможных температурах конкретных технологических процессов и вводятся в вычислительное устройство, например в виде таблиц, представляющих значения р при различных температурах.

Что касается измерения массы нефти, поступающей из нефтяной скважины, то периодически из каждой скважины берут пробы скважинной жидкости для анализа ее в лаборатории. Учитывая, что параметры скважинной жидкости на каждой скважине практически изменяются не так часто, представляется возможным периодически контролировать функции ρx(t°) и ρy(t°) в лаборатории и тем самым вести оперативный учет добычи нефти непосредственно на скважине, т.е. постоянно контролировать эффективность работы каждой скважины, чего в настоящее время нет.

Другие примеры применения предлагаемого технического решения - это различные водные примеси с твердыми веществами, такие как смесь воды и извести (известковое молоко), цементные водные растворы, глиняные водные смеси, а также такие смеси, как «газ + жидкость» или «газ + твердое вещество» и множество других двухкомпонентных веществ, используемых в промышленности, где необходимо контролировать расход одного из компонентов двухкомпонентных веществ.

Предлагаемые способ и устройство измерения массы вещества в трубопроводе фактически аналогичен измерению массы вещества с помощью тензодатчика в статике, нашедшему в настоящее время широкое применение в повседневной практике. В предлагаемом решении измерение массы вещества производится также с помощью тензодатчика, но в динамике, т.е. непосредственно в потоке вещества в трубопроводе. Для этого дополнительно вводится измерение скорости потока.

Помимо этого, данное предложение позволяет измерять массу одного из компонентов контролируемого двухкомпонентного вещества непосредственно в динамике в действующем трубопроводе.

Предлагаемое изобретение может найти широкое применение в самых различных отраслях промышленности, где необходимо контролировать массу или объем одного из компонентов двухкомпонентных вещества, не измеряемых или трудно измеряемых существующими средствами.

1. Способ измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества с коррекцией по температуре контролируемого вещества, поступающей по трубопроводу сечением S за время Т, состоящий в определении скорости потока вещества U в трубопроводе, в определении силы F, с которой поток контролируемого вещества воздействует на элемент сопротивления потоку в трубопроводе, в определении температуры t° вещества в потоке и в вычислении массы одного компонента двухкомпонентного измеряемого вещества, прошедшего по трубопроводу за время Т, по формуле

Мхx(t°)/(ρx(t°)-ρy(t°))∫T(KF/U-ρy(t°)SU)dt,

где Mx - масса измеряемого вещества компонента «х» за время Т,

K - градуировочный коэффициент,

ρx(t°) и ρy(t°) - известные зависимости плотностей ρх и ρу двух компонентов соответственно «х» и «у» от температуры t° контролируемого вещества.

2. Устройство для реализации способа измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества по п. 1, содержащее трубопровод с внутренним сечением S, по которому движется контролируемое вещество, датчик скорости (U) потока вещества в трубопроводе, элемент сопротивления потоку, реагирующий на силу (F), с которой поток действует на этот элемент, установленный в трубопроводе по ходу потока и жестко связанный с пьезодатчиком, преобразующим значение этой силы в эквивалентный электрический сигнал, датчик температуры контролируемого вещества, при этом сигналы от датчика скорости, от пьезодатчика и от датчика температуры поступают на входы вычислительного устройства, которое по известным зависимостям плотностей ρх и ρу компонентов соответственно «х» и «у» контролируемого вещества от его температуры t°-ρx(t°) и ρy(t°) и градуировочного коэффициента K реализует вычисление массы компонента «х» Мх по формуле

Мхx(t°)/(ρx(t°)-ρy(t°))∫T(KF/U-ρy(t°)SU)dt.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу и устройству измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества. Способ измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества, поступающей по трубопроводу сечением S за время Т, состоит в определении скорости потока вещества U в трубопроводе, в определении силы F, с которой поток контролируемого вещества воздействует на элемент сопротивления потоку в трубопроводе, и в вычислении этой массы по формуле где Мх - масса измеряемого вещества компонента «х» за время Т, К - градуировочный коэффициент, ρх и ρу - известные плотности двух компонентов соответственно «х» и «у» контролируемого вещества.

Изобретение относится к измерительной технике, а также к системам управления технологическими процессами и может быть использовано для изменения относительного объемного содержания воды (влагосодержания) и отбора проб в нефтегазоводной смеси из нефтяной скважины, а также в измерительных системах, технологических установках и других устройствах, измеряющих расход и количество нефти с растворенным газом и свободного газа в продукции нефтяной скважины.

Изобретение относится к способу определения коэффициента расхода предохранительных клапанов. Заявленный способ основан на постоянстве коэффициента расхода арматуры.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в процессах с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора. Способ определения скорости циркуляции мелкодисперсного катализатора в линии циркуляции между реактором и регенератором, включающей подъемник катализатора, заключается в том, что измеряют температуру подъемника и определяют скорость циркуляции мелкодисперсного катализатора по предварительно определенной зависимости между указанной скоростью и температурой подъемника.

Изобретение относится к системам заправки летательных аппаратов на стоянке. Система дозирования жидкой присадки в перекачиваемое по трубопроводу топливо заданной плотности и заданного количества содержит расходный бак (5) с присадкой.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров газожидкостной смеси, добываемой из нефтяных скважин. Заявленное устройство содержит измерительную колонку с вертикальной ветвью, снабженной первым датчиком разности давления и датчиками абсолютного давления и температуры измеряемой жидкости, и ветвь измерительной колонки, содержащую участок калиброванного трубопровода длиной L1 меньшего диаметра D1 и участок калиброванного трубопровода длиной L2 с резким расширением его диаметра D2 в выходном патрубке, снабженный вторым датчиком разности давления.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения ряда параметров жидких сред в потоке трубопровода. Заявленное устройство содержит измерительную колонку, выполненную в виде двух коаксиальных, установленных с кольцевым зазором вертикальных труб - с внешней трубой и внутренней трубой, датчик разности давления, установленный в верхней части измерительной колонки, два датчика разности давления, установленные в нижней части измерительной колонки, датчик давления и датчик температуры измеряемой жидкости, импульсные трубки с «эталонной» жидкостью, а также регистрирующий блок.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматического обнаружения концентрации технологического материала. Предложено устройство и способ для того, чтобы автоматически переключать матрицы в измерителе для определения концентрации продукта неизвестного материала, который может представлять собой очищающий материал или применяемый материал.

Изобретение относится к системе (200) датчика расхода. Система (200) датчика расхода включает в себя измеритель (202) плотности или удельной массы, включающий в себя сборку датчика (204a) и измерительную электронику (204b) измерителя плотности или удельной массы, сконфигурированную для получения измерения плотности или удельной массы технологического флюида.

Изобретение относится к системе (200) датчика массового расхода потока. Система (200) датчика массового расхода потока включает в себя измеритель (202) плотности, включающий в себя блок (204а) датчика и электронику (204b) измерителя плотности, выполненную с возможностью формировать измерения плотности технологической жидкости.

Настоящее изобретение относится к измерению массы одного вещества в составе с другим веществом. Предлагаемый способ измерения массы Мх одного из компонентов «х» двухкомпонентного вещества, поступающего по трубопроводу с внутренним сечением S за время Т, с коррекцией по температуре этого вещества, состоящий из измерения температуры вещества, скорости потока и в определении силы, с которой поток действует на элемент сопротивления и в вычислении массы Мх по формуле Мхρx-ρy)∫TSU)dt, где Мх - масса измеряемого вещества компонента «x» за время Т, K - градуировочный коэффициент, ρx и ρy - известные зависимости плотностей ρх и ρу двух компонентов соответственно «x» и «y» от температуры t° контролируемого вещества. Устройство, реализуемое предлагаемый способ, состоит из трубопровода с внутренним диаметром S, датчика температуры контролируемого вещества, датчика скорости потока в трубе, пьезодатчика, преобразующего действие силы F в эквивалентный электрический сигнал, который, как и сигналы от других датчиков, поступает на вычислительное устройство для определения Мх по приведенной выше формуле. Технический результат - повышение точности измерения массы одного компонента в двухкомпонентном веществе, транспортируемом по трубопроводу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх