СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для дистанционного контроля влажности нефти.

Известны способ и устройство для контроля влажности, включающие возбуждение резонансного контура напряжением с генератора и регистрацию частоты колебаний (1). Недостатком известных способа и устройства для измерения влажности является необходимость сохранения в процессе контроля строго определенной величины взаимной индукции между катушкой индуктивности и резонансным датчиком.

Наиболее близким техническим решением к данному являются способ и устройство для контроля влажности нефти, включающие возбуждение резонансного контура и регистрацию частоты собственных колебаний, по которой судят о влажности нефти. Для этого генератор постоянной частоты соединен с катушкой индуктивности, которая ориентируется относительно резонансного контура. В последнем возбуждаются колебания и поступают на фильтр, который пропускает только собственные колебания контура и не пропускает остальные. С помощью ключей сигнал проходит на индикатор, который дает информацию о влажности или "сухости" нефти (2).

Недостатком известного способа устройства является то, что они не обладают высокой точностью, поскольку возбуждение резонансного контура осуществляется генератором постоянной частоты, поэтому возможен "уход" частоты генератора, что приводит к неточным измерениям.

Целью изобретения является повышение точности дистанционного измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения влажности водонефтяных эмульсий, включающем возбуждение резонансного контура и регистрацию частоты собственных его колебаний, по которым судят о влажности водонефтяных эмульсий, резонансный контур возбуждают управляемым генератором и регистрирует амплитуду колебаний резонансного контура на разных частотах, число которых n≥3, при этом частота генератора фиксируется и измеряется в момент регистрации амплитуды колебаний контура. По этим замерам вычисляют резонансную частоту, по которой определяют влажность водонефтяных эмульсий.

Указанная последовательность действий осуществляется с получением повышенной точности при дистанционном измерении следующими техническими средствами.

Устройство для измерения влажности водонефтяных эмульсий, содержащее блок индикации, резонансный контур и детектор, снабжено контролером, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), управляемым генератором и усилителем, при этом резонансный контур соединен с детектором, выход которого посредством линии связи через АЦП соединен с одним из входов контролера, первый выход которого через последовательно соединенные ЦАП, управляемый генератор, усилитель и линию связи соединен с резонансным контуром, второй выход контролера подключен к блоку индикации, второй вход контроллера соединен также с выходом усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства и амплитудная характеристика резонансного контура. Устройство содержит контролер 1, первый выход которого через последовательно соединенные ЦАП 2, управляемый генератор 3, усилитель 4 и линию связи 5, связанную индуктивной или емкостной связью с резонансным контуром 6, который соединен с детектором 7, выход которого через АЦП 8 подключен к контролеру 1, выход которого подключен ко входу блока индикации 9, а второй вход контролера соединен также с выходом усилителя.

Устройство работает следующим образом.

Изменение емкости резонансного контура изменяет его резонансную частоту, которая является информационным параметром для определения влажности нефти.

Код частоты возбуждающего напряжения для "раскачивания" резонансного контура 6 формируется в контроллере 1 по специальной программе и подается через один из его выходов на ЦАП 2, где сигнал преобразуется в аналоговый и поступает на управляемый генератор 3. Переменное напряжение с выхода управляемого генератора 3 усиливается при помощи усилителя 4 и подается в двухпроводную линию связи 5 для "раскачки" резонансного контура 6.

Колебания контура 6 детектируются в детекторе 7 и передаются в виде постоянного напряжения через линию связи 5 и АЦП 8 в контролер 1. Переменное напряжение со входа в двухпроводную линию связи 5 поступает также на второй вход контроллера 1 для определения его частоты.

Резонансная частота определяется в контроллере 1 следующим образом.

Пусть ω_н и ω_в резонансные частоты резонансного контура на сухой нефти и воде соответственно. Во всех остальных случаях резонансная частота ω_р находится между этими частотами. Пусть на частотах ω₁, ω₂ ... ω_n, принадлежащих интервалу частот [ω_н; ω_в], измерены амплитудные напряжения на C_x, которые обозначим через V₁, V₂.V_n. Частоты ω_i могут быть выбраны, например, с постоянным шагом Δω = const.
Резонансная частота соответствует максимуму функции V(ω) которую вычисляем по точкам ω₁, ω₂ ... ω_n по формуле обобщенной резонансно кривой (Е.И. Нечаев, Основы радиоэлектроники, М.Радио и связь,1985г. стр.29):

где
I ток в контуре;
I_max ток в контуре при резонансе;
L,C,R индуктивность, емкость и внутреннее сопротивление контура.

Из формулы видно, что для однозначного определения вида кривой величина n должна удовлетворять условию n≥3. Точку максимума V(ω) будем определять по этим данным численными методами, например, методом взятия первой производной и последующего определения точки ω_р, в которой производная V′(ω) равна 0. Этот или иной метод, пригодный для определения максимума функции измеренной в отдельных точках, реализуется при помощи программы контроллера. Далее по резонансной частоте определяется влагосодержание Φ и информация передается на блок индикации 9.

Таким образом, весь алгоритм определения влажности нефти состоит из следующих этапов.

1. На этапе тарировки датчика определяется зависимость влагосодержания v от резонансной частоты датчика, т.е. зависимость v = ω_р(Φ) Для этой зависимости определяются также диапазон изменения ω_р при изменении Φ от нуля до единицы.

2. По заданной программе контроллер генерирует сетку частот в диапазоне изменения w_р и измеряет соответствующие этим частотам амплитуды колебаний резонансного контура. Сетка частот может быть выбрана, например, с постоянным шагом Δω
3. На основе этих измерений вычисляется резонансная частота контура, а затем по известной тарировочной зависимости v = ω_р(Φ) определяется соответствующая этой частоте величина влажности Φ

Использование: в автоматике, в частности, для дистанционного контроля влажности нефти. Сущность изобретения: способ измерения влажности водонефтяных эмульсий заключается в возбуждении резонансного контура, емкость которого зависит от влажности эмульсии, переменным напряжением на нескольких частотах. Для каждой частоты, число которых n≥3, регистрируют амплитуду колебаний резонансного контура и по измеренным значениям вычисляют собственную резонансную частоту контура, по которой судят о влажности эмульсии. Устройство содержит резонансный контур 6, соединенный с детектором 7 и связанный через двухпроводную линию связи 5 с усилителем 4, управляемый генератор 3, контроллер 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, аналого-цифровой преобразователь 8 и блок индикации 9. 1 ил.

1. Способ измерения влажности водонефтяных эмульсий, включающий возбуждение резонансного контура и регистрацию его собственной резонансной частоты, по которой судят о влажности водонефтяных эмульсий, отличающийся тем, что резонансный контур возбуждают управляемой частотой и регистрируют амплитуду колебаний на разных частотах, которые фиксируют и измеряют в момент регистрации амплитуды, затем по полученным точкам, число которых не меньше трех, вычисляют резонансную частоту контура. 2. Устройство измерения влажности водонефтяных эмульсий, содержащее резонансный контур, детектор и блок индикации, отличающееся тем, что оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, цифроаналоговым преобразователем, управляемым генератором и усилителем, при этом резонансный контур соединен с детектором, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с одним из входов контроллера, первый выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, управляемый генератор, усилитель и линию связи соединен с резонансным контуром, причем выход усилителя соединен с вторым входом контроллера, второй выход которого подключен к блоку индикации.