СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ, ГАЗА И ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ Российский патент 1997 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к технике измерения вязкости потока жидкости, газа и газожидкостной смеси, в частности к способам измерения коэффициента вязкости сырой нефти в автоматических системах управления процессами добычи и транспортирования нефти, попутного газа и нефтегазовых смесей, а также в технологических линиях контроля продукции в других отраслях промышленности.

Известны способы измерения коэффициента вязкости жидкости, основанные на использовании эффектов проявления свойств вязкости при взаимодействии роторов различных конструкций с жидкостью [1]
Эти способы измерения коэффициента вязкости жидкости используют принципы измерения моментов сопротивления роторов, погруженных в ванну с жидкостью, и приводимые в движение двигателем с постоянным крутящим моментом.

Недостатком этих способов является значительная погрешность при измерении незначительных моментов сопротивления, а также существенное ограничение по статическим условиям измерений в среде неподвижной жидкости.

В качестве прототипа, наиболее близкого аналога, выбран способ измерения коэффициента вязкости потока жидкости с помощью турбинных расходомеров, включающий измерение частоты импульсов параметра выходного сигнала с двух последовательно соединенных в замкнутом автономном гидравлическом контуре турбинных расходомеров, приводимых в действие с помощью перекачивающего жидкость регулируемого насоса, а также вторичных измерительных преобразователей и блоков обработки выходного сигнала для представления результата в именованных единицах коэффициента вязкости [2]
Недостаток известного способа заключается в следующем.

Коэффициент вязкости жидкости определяется расчетным путем из выражения
ν = Af_j-Bf_i+C, (1)
получаемого в результате решения двух условных уравнений для расхода потока (по числу турбинных расходомеров в замкнутом гидравлическом контуре) вида Q = mf+nν+c в котором константы процесса

определяют посредством статистических поверок или другими аналитическими калибровками коэффициента вязкости жидкости по измеряемым частотам f_j и f_i импульсов с соответствующего турбинного расходомера.

Константы процесса A, B и C при этом удовлетворяют лишь конкретным условиям калибровки и не могут обладать свойством инвариантности при изменении этих условий, что обусловливает значительные погрешности способа.

Целью изобретения является повышение точности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента вязкости потока жидкости, газа и газожидкостной смеси, включающем измерение частоты n_f импульсов в качестве параметра выходного сигнала турбинного преобразователя, дополнительно измеряют полное напряжение трения на "стенке" τ_s и разность давлений ΔP_Σ потока, действующие на турбинке, а также плотность r_тр потока, а коэффициент вязкости определяют расчетным путем по формуле

где коэффициент гиперболы динамической характеристики турбинного преобразователя;
коэффициент гиперболы статической характеристики турбинного преобразователя (здесь n₀ пороговая частота преобразования ЭДС индукции в частоту импульсов;
средний диаметр турбинки;
z количество лопастей турбинки.

При реализации способа отпадает необходимость использования двух турбинных преобразователей автономно от технологической линии контроля, замкнутого гидравлического контура с перекачивающим контролируемую жидкость насосом и оборудованием регулировки производительности насоса, поскольку определение коэффициента вязкости потока основано на измерении ряда параметров процесса, полностью характеризующих картину молярного гидродинамического взаимодействия контролируемого потока с турбинкой преобразователя.

Это позволяет исключить погрешности, свойственные способу-прототипу.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют частоту импульсов n_f турбинного преобразователя, полное напряжение трения на "стенке" τ_s, разность давлений ΔP_Σ потока, действующего на турбинке преобразователя, и плотность r_тр потока при текущих значениях его температуры T и избыточного давления P. По измеренным значениям параметров процесса определяют коэффициент вязкости согласно формуле (2).

Реализация способа осуществляется с помощью серийно изготавливаемых технических средств.

Измерение параметров процесса осуществляется без ущерба верификации способа.

На чертеже показана схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит узлы измерения выходного сигнала турбинного преобразователя 1, датчиков полного напряжения трения на "стенке" 2 и разности давлений 3, плотности 4, температуры 5 и избыточного давления 6 контролируемого потока.

Комплексная измерительная информация поступает в процессор микроЭВМ 7 для обработки в едином масштабе времени с последующей регистрацией результата в именованных единицах кинематического коэффициента вязкости потока жидкости, газа и газожидкостной смеси, а также параметров состояния потока его температуры и избыточного давления.

Использование: для определения коэффициента вязкости. Сущность изобретения: способ включает измерения параметра сигнала турбинного преобразователя - частоты импульсов, полного напряжения трения на стенке, разности давлений, действующего на турбинке турбинного преобразователя расхода и плотности потока и расчет вязкости по приведенной формуле. 1 ил.

Способ измерения коэффициента вязкости потока жидкости, газа и газожидкостной смеси, включающий измерение параметра сигнала турбинного преобразователя расхода частоты импульсов, определение коэффициента вязкости расчетным путем, отличающийся тем, что дополнительно измеряют полное напряжение трения на "стенке" и разность давлений, действующие на турбине турбинного преобразователя расхода, плотность потока жидкости, газа и газожидкостной смеси, а коэффициент вязкости определяют по формуле

где коэффициент гиперболы динамической характеристики турбинного преобразователя расхода;
коэффициент гиперболы статической характеристи турбинного преобразователя расхода;
n_o const пороговая частота преобразования ЭДС индукции в частоту импульсов турбинного преобразователя расхода;
n_f частота импульсов выходного сигнала турбинного преобразователя расхода;
средний диаметр турбинки;
Z количество лопастей турбинки;
τ_s - полное напряжение трения на "стенке";
ΔP_Σ - разность давлений;
r_тр - плотность потока жидкости, газа и газожидкостной смеси при текущих значениях температуры (индекс "т") и избыточного давления (индекс "р"),
соответствующей обработкой в едином масштабе времени измерительной информации в процессе микроЭВМ.