СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК G01F1/12 G01F23/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, преимущественно в системах подачи и распределения жидкого топлива по трубопроводам, в частности, на автозаправочных станциях и т.п.

Известны различные устанавливаемые в заправочных и сливных трубопроводах топливных расходных резервуаров расходомеры, действующие на принципе измерения зависящих от количества протекаемой жидкости физических величин, в частности, плотности, свето- и звукопроницаемости, магнитопроницаемости, электроемкостных характеристик и т.п. например, индуктивные (с катушкой возмущения и катушкой измерения), акустические, ультразвуковые, магнитные, вихревого типа и другие расходомеры.

Недостатком известных расходомеров является недостаточно высокая точность измерения расхода среды, связанная с зависимостью измеряемых физических величин от колебаний температуры, давления, включая атмосферное, однородности измеряемой среды, наличия примесей и т.п. необходимость компенсации этих колебаний. Кроме того, имеют место сложности, связанные с калибровкой этих расходомеров и преобразованием аналоговых величин измерения в цифровые.

Более высокую стабильность и возможность контроля и корректировки результатов измерения обеспечивают динамические расходомеры типа турбины, крыльчатки, в частности с электромагнитным счетчиком числа оборотов. При этом связанные с воздействием колебаний температуры и давления изменения вязкости и коэффициента трения, а также связанные с неоднородностью потока отклонения, влияющие на результаты измерения, контролируются и корректируются за счет установки соответствующих датчиков, в частности, плотности, дополнительного детекторного ротора, измеряющего измерение угла отклонения текучей среды из измерительного ротора, установки за лопастями трубки Пито, учитывающей изменения давления и др.

Известные технические решения обеспечивают лишь частичный контроль и компенсацию отклонений условий протекания среды от эталонных и результатов измерений от фактического расхода.

Известна наиболее близкая к заявляемому техническому решению выбранная в качестве ближайшего аналога система для измерения жидкости в трубопроводе, содержащая сообщающийся с трубопроводом или установленный в нем динамический расходомер, в частности, турбинный расходомер, для измерения расхода жидкости в этом трубопроводе, волюметрическое устройство для периодического контрольного измерения времени, в течение которого по трубопроводу протекает определенный объем жидкости, в виде измерительной камеры с каналом отвода жидкости из трубопровода и каналом возврата ее в трубопровод; устройство преобразования выдаваемых измерителями электрических величин в количественные единицы объема и/или массы, вычислительное устройство для сравнения измеряемых величин, корректировки показаний расходомера в соответствии с контрольным измерением и выдачи информации о текущем и/или суммарном расходе жидкости, а также устройство для индикации измеренных или рассчитанных величин [2]
Использование для контрольного измерения волюметрического устройства обеспечивает получение информации о фактическом объеме среды, протекающей через трубопровод в течение определенного промежутка времени независимо от измерений отдельных изменяющихся физических величин и повышение точности корректировки показаний расходомера.

Недостатком известной системы является дискретность системы контроля и корректировки работы расходомера, лишь периодическое получение информации о фактической скорости протекания жидкости. Это не обеспечивает полную корректировку в соответствии с фактическим расходом и не позволяет получение информации о фактическом текущем и суммарном расходе. Кроме того, известная система не дает информации о фракционном составе жидкости, наличии примесей, в частности, наличии и количестве подтоварной воды в жидком топливе.

Известно волюметрическое устройство поплавкового типа, предназначенное для постоянного измерения уровня топлива в расходном резервуаре с возможностью пересчета показаний уровня в объем и/или массу с постоянной фиксацией суммарного расхода и остатка [1] При этом уравнемер выполнен с двумя перемещающимися на вертикальных направляющих поплавками для одновременного измерения уровня находящегося в резервуаре топлива и подтоварной воды. Один из поплавков выполнен в виде шара и имеет плотность меньше плотности топлива, а второй поплавок, выполненный в виде цилиндра, имеет плотность больше плотности топлива, но меньше плотности воды. Направляющие элементы поплавков выполнены в виде индуктивных катушек-приемников, соединенных с поплавками посредством шаровых шарнирных механизмов. Катушки-излучатели установлены на натяжных струнах из электрической стали. Счетное устройство представляет собой четыре преобразователя напряжение-частота, выходы которых подсоединены к входам суммирующих десятично-двоичных преобразователей, выходы последних к входам делителей, а выходы импульсного генератора и делителей к счетчику-дешифратору и к цифровому индикаторному устройству.

Недостатком известного устройства является необходимость преобразования аналоговых величин измерения в цифровые показатели уровня с последующим пересчетом в объем или массу для определения суммарного расхода или остатка, что связано с определенными погрешностями. Кроме того, результаты измерения не привязаны ко времени или каким-либо фиксированным точкам, что не позволяет оценивать скорость расхода, его стабильность.

Задачей изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений системы для измерения расхода текучей среды в трубопроводе, в частности, в заправочном и/или сливном трубопроводе топливного расходного резервуара за счет создания возможности периодической корректировки количества протекающей по трубопроводу среды сравнением с фактическим суммарным расходом, а также фиксации и учета наличия в резервуаре примеси с другой, чем измеряемая среда, плотностью подтоварной воды.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании конструктивных признаков известной системы для измерения расхода жидкости в трубопроводе, в частности, топлива в заправочном и/или сливном трубопроводе расходного резервуара, содержащей установленный в трубопроводе или сообщающийся с ним динамический расходомер, в частности, турбинный расходомер, для измерения расхода топлива в этом трубопроводе, волюметрическое устройство для периодического контрольного измерения объема среды, протекающей по трубопроводу в течение заданного промежутка времени, устройства преобразования выдаваемых измерителями электрических величин в количественные единицы объема и/или массы, вычислительное устройство для сравнения измеряемых величин, корректировки показаний расходомера в соответствии с контрольным измерением и выдачи информации о текущем и/или суммарном расходе и/или остатке топлива, а также индикаторное устройство для индикации измеренных и рассчитанных величин, в соответствии с изобретением в качестве волюметрического устройства используют установленный в расходном резервуаре или сообщающийся с ним поплавковый уровнемер с контактной планкой, реперные точки которой соответствуют показаниям мерной шкалы резервуара.

Поплавковый уровнемер может быть выполнен с двумя поплавками для одновременного измерения двух находящихся в одном резервуаре сред с различной плотностью, в частности, топлива и подтоварной воды; при этом поплавки с соответствующей фракциям степенью плавучести снабжены магнитами и расположены друг на другом с возможностью перемещения на одной оси в виде полой герметичной трубы, внутри которой расположена планка с магнито-управляемыми контактами.

В программу вычислительного устройства может быть включен расчет количества основной фракции с учетом объема другой фракции и передача на индикаторное устройство информации также о количестве другой фракции.

Использование в качестве волюметрического устройства для периодического контрольного измерения объема среды, протекающей через трубопровод в течение заданного промежутка времени, установленного в расходном резервуаре или сообщающегося с ним поплавкового уровнемера позволяет корректировать текущие показания расходомера по фактическому суммарному расходу, что обеспечивает оптимальный уровень точности измерения текущего расхода.

Использование уровнемера с контактной планкой, реперные точки которой соответствуют показаниям мерной шкалы резервуара, обеспечивает получение результатов измерения в цифровых величинах уровня, которым соответствует заранее определенный объем, что облегчает процесс измерения и расчета и обеспечивает оптимальную точность. При этом привязка результатов периодических контрольных измерений к фиксированным точкам шкалы оптимизирует оценку скорости расхода, его стабильности.

Использование уровнемера с двумя поплавками дает возможность контролировать наличие в резервуаре примесей типа подтоварной воды, определять ее количество и получать информацию о чистом остатке измеряемой среды в резервуаре.

Совокупность отличительных признаков обеспечивает получение откорректированной информации о текущем расходе, а также точную информацию о суммарном расходе и чистом остатке измеряемой среды в резервуаре, что соответствует задаче, стоящей перед изобретением.

Изобретение рассматривается на примере его выполнения в виде системы измерения расхода топлива в заправочном и сливном трубопроводе расходного резервуара, представленного на чертежах, где: на фиг. 1 представлен блок-схема системы измерения расхода топлива; на фиг. 2 турбинный расходомер, продольный разрез, на фиг. 3 двухпоплавковый уровнемер, продольный разрез.

Система измерения расхода топлива включает в себя установленный во входящем в расходный резервуар трубопроводе расходомер заправки (РЗ) 1 с преобразователем электрических величин в цифровые (ПР) 2; установленный в исходящем из расходного резервуара трубопроводе расходомер слива (РС) 3 с преобразователем (ПР) 4; установленный в расходном резервуаре уравнемер поплавковый (УП) 5 с сигнализатором уровня топлива (СУТ) 6 и преобразователем (ПР) 7, а также сигнализатором уровня воды (СУВ) 8 с преобразователем (ПР) 9; микроконтроллер (МК) 10 и индикаторное устройство (ИУ) 11.

Расходомер заправки 1 и расходомер слива 3 выполнены в виде турбинного расходомера по фиг. 2, который состоит из калиброванного трубообразного корпуса 12 с установленной на центральной продольной оси крыльчаткой 13 и счетчика числа оборотов с постоянным магнитом 14 на лопасти крыльчатки и катушкой индуктивности 15 на корпусе.

Уровнемер 5 состоит из открытого с одной стороны полого цилиндрического корпуса 16 с центральным полым в виде герметичной трубы направляющим стержнем 17, на котором установлены с возможностью перемещения поплавки для топлива 18 и для подтоварной воды 19. Поплавки снабжены постоянными магнитами. Внутри полого стержня установлена контактная планка с магнито-управляемыми контактами 20 в виде реперных точек, соответствующих показателям мерной шкалы резервуара.

Система работает следующим образом.

Расходомеры 1 и 3 преобразуют скорость вращения крыльчатки, зависящую от расхода топлива, протекающего по трубопроводу, в электрические сигналы. Преобразователи 2 и 4 преобразуют сигналы с выходов расходомеров в прямоугольные импульсы заданной амплитуды с частотой следования, пропорциональной расходу топлива. Объем (масса) прошедшего через расходомеры топлива определяется путем суммирования цены поступающих на вход микроконтроллера 10 импульсов. Микроконтроллер осуществляет вычисление объема (массы) топлива, находящегося в резервуаре, путем суммирования цены импульса, пришедшего от расходомера 1, или вычитания цены импульса, пришедшего от расходомера 3, с текущим значением объема (массы) топлива в резервуаре. Вычисление расхода топлива, прошедшего через расходомеры 1 или 3, происходит путем суммирования цены импульса соответственно от преобразователей 2 или 4 с соответствующим текущим объемом (массой) прошедшего через расходомеры топлива.

С помощью поплавкового уровнемера 5 производят периодическую корректировку определенного расходомерами 1 и 3 текущего и суммарного расхода и остатка путем сравнения их с фактическим суммарным расходом и остатком топлива в резервуаре. В процессе изменения уровня топлива в резервуаре при прохождении топливного поплавка 18 мимо соответствующего магнито-управляемого контакта происходит его срабатывание. При этом преобразователь 7 формирует код номера сработавшего магнито-управляемого контакта, который передается в микроконтроллер. Микроконтроллер корректирует значения текущего и суммарного расхода, а также остатка на фактическое тарированное значение, соответствующее номеру сработавшего контакта и хранящееся в его памяти.

При наличии в резервуаре подтоварной воды поплавок-сигнализатор 8 уровня воды вызывает срабатывание соответствующего контакта на контактной планке и через преобразователь 9, аналогично преобразователю 7, на микроконтроллер поступает информация об объеме (массе) подтоварной воды в резервуаре, который корректирует фактический остаток топлива в резервуаре на значение объема (массы) воды.

Измеренные и рассчитанные значения текущего расхода, суммарного расхода и остатка топлива, а также воды передаются на индикаторное устройство 11.

Изобретение является оригинальным, предполагает нетрадиционное направление в решении проблемы, позволяет простыми средствами оптимизировать процесс корректировки измеряемых величин, может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих.

Использование: в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, в системах подачи и распределения жидкого топлива по трубопроводам, в частности, на автозаправочных станциях. Сущность изобретения: система содержит установленный в трубопроводе турбинный расходомер для измерения расхода топлива в этом трубопроводе, волюмометрическое устройство для периодического контрольного измерения объема среды, протекающей по трубопроводу в течение заданного промежутка времени, вычислительное устройство для сравнения измеряемых величин, корректировки показания расходомера в соответствии с контрольным измерением и выдачи информации о текущем и/или суммарном расходе и/или остатке топлива, а также индикаторное устройство для индикации измеренных и рассчитанных величин. В качестве волюмометрического устройства используют установленный в расходном резервуаре или сообщающийся с н поплавковый уровнемер с контактной планкой, реперные точки которого соответствуют показаниям мерной шкалы резервуара. Поплавковый уровнемер может быть снабжен двумя поплавками для одновременного измерения двух находящихся в одном резервуаре сред с различной плотностью, в частности, топлива и подтоварной воды. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для измерения расхода текучей среды в трубопроводе, в частности топлива в заправочном и/или сливном трубопроводе расходного резервуара с мерной шкалой, содержащая установленный в трубопроводе или сообщающийся с ним динамический расходомер, волюмометрическое устройство для периодического контрольного измерения объема среды, протекающей через трубопровод в течение заданного промежутка времени, устройства преобразования сигналов, выдаваемых динамическим расходомером и волюмометрическим устройством в количественные единицы объема и/или массы, вычислительное устройство для сравнения измеряемых величин, корректировки показаний расходомера в соответствии с контрольным измерением объема и выдачи информации о текущем и/или суммарном расходе и/или остатке измеряемой текучей среды, а также индикаторное устройство, отличающаяся тем, что в качестве волюмометрического устройства используют установленный в расходном резервуаре или сообщающийся с ним поплавковый уровнемер с контактной планкой, реперные точки которой соответствуют показаниям мерной шкалы расходного резервуара. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве динамического расходомера используют турбинный расходомер. 3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что поплавковый уровнемер выполнен в виде двух поплавков, установленных в корпусе с возможностью перемещения на оси, выполненной в виде полой герметичной трубы, внутри которой размещена контактная планка, реперные точки которой выполнены в виде магнитоуправляемых контактов, а поплавки снабжены магнитами и выполнены из материалов с различной степенью плавучести для одновременного измерения уровня двух находящихся в расходном резервуаре текучих сред с различной плотностью. 4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве текучих сред с различной плотностью используют топливо и подтоварную воду. 5. Система по любому из пп. 1 4, отличающаяся тем, что вычислительное устройство содержит средство для расчета количества текучей среды с одной плотностью с учетом объема текучей среды с другой плотностью и передачи информации о ней на индикаторное устройство.