УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ НЕФТИ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/22 

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

Известно устройство для контроля влажности, содержащее генератор постоянной частоты, резонансный датчик, амплитудный детектор и индикатор, в датчике которого 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 состоянии объекта "сухой" или "мокрый". /См. А.с.N1141382 кл. G 05 D 22/00, 1985/.

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывного измерения влажности в диапазоне 0 100% поскольку оно построено по схеме на контроль двух состояний объекта: "сухой" или "мокрый".

Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для определения состава (влажности), содержащее генератор качающейся частоты, резонансный контур с исследуемым образцом, детектор, блок индикации, блок управления и обсчета данных (ЭВМ). /См. Арш Э.И. Применение токов высокой частоты в горном деле. М.Недра, 1967, с.122-136/.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения резонансной частоты датчика, т.к. Ее значение определяется визуально по амплитудно-частотной характеристике датчика на экране индикатора, а также невозможность его использования для автоматического контроля состава (влажности).

Целью изобретения является автоматическое непрерывное дистанционное измерение влажности нефти с высокой точностью.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционного измерения влажности, содержащее последовательно соединенные генератор управляемый напряжением, резонансный датчик и амплитудный детектор, а также блок индикации, микроконтроллер в качестве блока управления и обсчета данных, введены частотомер и цифроаналоговый преобразователь для управления частотой генератора подключенные к микроконтроллеру, а также последовательно соединенные элементы задержки и аналоговой памяти и компаратор, причем выход детектора соединен со входом элемента задержки и вторым входом компаратора, а выход компаратора соединен со входом микроконтроллера.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 схема датчика, на фиг.3 временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные микроконтроллер (МК) 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, генератор управляемый напряжением (ГУН) 3, резонансный датчик 4, амплитудный детектор 5, элемент задержки 6, элемент памяти 7 и компаратор 8; микроконтроллер 1 подключен также к цифровому индикатору 9 и частотомеру 10. Резонансный датчик представляет собой колебательный контур, выполненный из катушки индуктивности 11, конденсатора 12, емкостных электродов 13 и двух катушек связи 14 и 15.

Устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 1 по программе управляет через ЦАП 2 ГУН-ом 3 так, что на резонансный датчик подается частота изменяющаяся по ступенчатому закону от f_o до f_k с постоянным шагом Δf /фиг.3а/, Δf выбирается равной полосе пропускания колебательного контура.

При ступенчатом изменении частоты ГУНа 3 от f1o

до f1i где f1i = f1o + i•Δf /фиг. 3а/, на выходе амплитудного детектора 5 наблюдается кусочно-постоянный сигнал Uiд /фиг.3б/, который поступает непосредственно на первый вход компаратора 8 и на последовательно соединенные элемент задержки 6 и памяти 7. С выхода элемента памяти 7 на второй вход компаратора 8 подается сигнал Ui-1д Компаратор работает в режиме ключа. На его выходе формируется логический сигнал по следующему алгоритму:

Таким образом в момент времени t_i на выходе компаратора 8 появляется сигнал логической "1" /фиг.3в/.

МК 1 фиксирует момент времени t_i и запоминает значение частоты f1p

= f1i-1 в момент времени t_i-1 /фиг.3а/.

Далее МК 1 устанавливает частоту ГУНа 3 /фиг.3а/ и цикл прогона по частоте повторяется. Здесь N число прогонов, которое выбирается из соображений получения заданной точности измерения резонансной частоты f_p.

В результате после N прогонов в памяти МК 1 будет получен набор частот по которым рассчитывается резонансная частота Далее по известной функциональной зависимости Φ = Φ(f_p) МК1 определяется влажность Φ водонефтяной эмульсии и отображается на индикаторе 9.

Заявленное устройство по сравнению с известными обладает следующими преимуществами:
в устройстве используется только цифровая обработка данных, что повышает его помехозащищенность;
схема устройства построена таким образом, что слежение (измерение) за влажностью осуществляется непрерывно;
датчик 4 с детектором 5 могут быть вынесены на расстояние до нескольких сот метров от измерительной и управляющей частей устройства; при этом длина соединительного кабеля не влияет на точность измерения влажности, т.к. Информационным параметром является не абсолютное значение сигнала с детектора 5 Uiд

а лишь знак разности (Ui-1д - Uiд)
показания устройства не зависят от температуры окружающей среды (водонефтяной эмульсии) в которой находится датчик 4.

Для компенсации изменений параметров ЦАП 2 и ГУН 3 при длительной работе в устройство может быть введен частотомер 10, с помощью которого МК 1 периодически будет проводить калибровку тракта ЦАП ГУН, что уменьшит погрешность измерений влажности.

Использование: в автоматике, в частности, для дистанционного контроля влажности нефти. Сущность изобретения: устройство для измерения влажности содержит микроконтроллер 1, подключенный через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 2 и генератор 3, управляемый напряжением, к датчику 4, который через элементы задержки 6 и аналоговой памяти 7 подключен к компаратору 8, который соединен с микроконтроллером 1, выход которого подключен к блоку индикации 9, а частотомер 10 соединен с генератором 3 и микроконтроллером 1. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для дистанционного определения влажности нефти, содержащее последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением, резонансный датчик и амплитудный детектор, микроконтроллер для управления генератором и обсчета данных и блок индикации, подключенный к выходу микроконтроллера, отличающееся тем, что в него введены цифроаналоговый преобразователь, элемент задержки, элемент аналоговой памяти и компаратор, при этом вход цифроаналогового преобразователя подключен к второму выходу микроконтроллера, а выход к входу генератора, управляемого напряжением, выход амплитудного детектора через последовательно соединенные элемент задержки и элемент аналоговой памяти соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора непосредственно, а выход компаратора подключен к входу микроконтроллера. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, а его выход подключен к второму входу микроконтроллера.