УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2000 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к области газовой промышленности и может быть использовано при проведении исследований скважин для измерения параметров газожидкостной смеси без сепарации потока.

Известно устройство для измерения скорости газа в трубопроводе время-пролетным методом, в котором два световых луча, прошедших в направлении потока газа, попадают на фотоэлектрические приемники, сигналы от которых поступают на коррелятор [1].

Известно также устройство для контроля характеристик газового потока, содержащий лазерный источник света, делитель луча, две линзовые системы, оптическое приемное устройство и блок обработки сигналов [2].

Известен способ измерения скоростей частиц различного размера в полидисперсном потоке путем создания в потоке двумя лучами базы измерения и регистрации двумя фотоприемниками моментов пролета частицами границ этой базы [3].

Недостатком всех указанных устройств и способа является снижение точности измерений при изменении характеристик газового потока, в частности концентрации частиц в газе, что обусловлено фиксированными поперечными размерами счетных объемов, которые устройства формируют внутри газового потока для регистрации частиц. Наличие турбулентных пульсаций в газовом потоке приводит к разбросу характеристик отдельных частиц, что вызывает необходимость использования статистических методов при обработке результатов измерений, точность которых повышается с ростом количества зарегистрированных частиц. Поэтому при малых концентрациях частиц в газовом потоке следует увеличивать поперечные размеры счетных объемов. Но если концентрация частиц повысится, то большие поперечные размеры счетных объемов приведут к увеличению вероятности одновременного пересечения счетных объемов несколькими частицами. В результате возрастет количество ложных сигналов, а следовательно, увеличится и погрешность измерений.

Задачей изобретения являлась разработка способа измерения характеристик потока с регулируемыми размерами счетных объемов и создание устройства для реализации этого способа.

Целью изобретения является повышение точности измерений характеристик газового потока.

Указанная цель достигается тем, что предлагается устройство для контроля характеристик газового потока, включающее первую линзовую систему, последовательно соединенные лазерные источник света, делитель луча и вторую линзовую систему, оптическое приемное приспособление, выход которого подключен к блоку обработки сигналов, снабженное двумя регулируемыми диафрагмами, исполнительным элементом, блокиратором и контроллером, который через блокиратор соединен с выходом блока обработки сигналов, а через исполнительный элемент с регулируемыми диафрагмами, одна из которых - полевая - расположена между первой линзовой системой и оптическим приемным приспособлением, а вторая - апертурная - между второй линзовой системой и газовым потоком. В способе контроля характеристик газового потока, включающем создание в потоке базы измерения путем формирования счетных объемов и регистрацию оптическим приемным приспособлением моментов пролета частицами границ базы измерения, преобразуют сигналы оптического приемного приспособления в последовательность импульсов напряжения с помощью блока обработки сигналов и передают ее через блокиратор на контроллер, где по заданному алгоритму измеряют параметры импульсов и рассчитывают по ним характеристики газового потока, затем формируют управляющий сигнал на исполнительный элемент, по сигналу которого с помощью регулируемых диафрагм устанавливают оптимальные поперечные размеры счетных объемов, при этом на контроллер с помощью блокиратора пропускают только те последовательности импульсов, которые формируются после окончания расчета, и фиксируют общее количество зарегистрированных частиц.

На чертеже представлена блок-схема устройства для контроля характеристик газового потока.

Устройство для контроля характеристик газового потока включает первую линзовую систему 1, последовательно соединенные лазерные источник света 2, делитель луча 3 и вторую линзовую систему 4, оптическое приемное приспособление 5, выход которого подключен к блоку обработки сигналов 6, снабженное двумя регулируемыми диафрагмами: апертурной диафрагмой 7 и полевой диафрагмой 8, исполнительным элементом 9, блокиратором 10 и контроллером 11, который через блокиратор 10 соединен с выходом блока обработки сигналов 6, а через исполнительный элемент 9 соединен с регулируемыми диафрагмами 7 и 8, при этом полевая диафрагма 8 расположена между первой линзовой системой 1 и оптическим приемным приспособлением 5, а апертурная диафрагма 7 размещена между второй линзовой системой 4 и газовым потоком (не указан).

Контроль характеристик газового потока осуществляется следующим образом. Непрерывное излучение лазерного источника света 2 поступает на делитель 3, делится на два луча и затем фокусируется с помощью второй линзовой системы 4 через регулируемую апертурную диафрагму 7 внутри потока газа. Первая линзовая система 1 через регулируемую полевую диафрагму 8 передает изображение перетяжек на чувствительные площадки оптического приемного приспособления 5, вследствие чего в потоке газа формируются два счетных объема CO1 и CO2. Причем поперечные размеры счетных объемов зависят от апертуры диафрагмы 7 и поля зрения диафрагмы 8. При прохождении частицы через счетные объемы формируются последовательно два импульса рассеянного излучения, которые через первую линзовую систему 1 и полевую диафрагму 8 поступают на оптическое приемное приспособление 5 и преобразуются в импульсы тока. Оптическая ось схемы передачи рассеянного излучения на фотоприемники расположена под углом 30-90^o к оптической оси схемы формирования счетного объема. Обе оптические оси нормальны к направлению движения частиц в газовом потоке. В блоке обработки сигнала 6 импульсы тока преобразуются в последовательность импульсов напряжения, параметры которых зависят от характеристик газового потока, и далее через блокиратор 10 сигналов подаются на контроллер 11. Контроллер 11 по заданному алгоритму измеряет параметры импульсов, а затем рассчитывает характеристики газового потока по этим параметрам. На период времени, пока контроллер 11 производит расчет, блокиратор 10 закрыт. Если в этот период очередная частица пересекает счетные объемы, то блокиратор 10 не пропускает импульсы, формируемые блоком обработки сигналов 6, но фиксирует общее количество зарегистрированных частиц, которое считывается контроллером 11 при измерении параметров следующей частицы. После окончания расчета контроллер 11 подает сигнал готовности на блокиратор 10, который открывается, позволяя начать измерения после регистрации очередной частицы. Если сигнал готовности подается в момент пересечения частицей счетных объемов, но уже после начала формирования последовательности импульсов, то блокиратор 10 остается закрытым и открывается после окончания этой последовательности. Таким образом устраняется возможность ошибочных измерений параметров импульсов, а следовательно, повышается точность расчета характеристик газового потока контроллером 11. После расчета характеристик газового потока контроллер 11 по заданному алгоритму формирует управляющий сигнал, который поступает на исполнительный элемент 9. После этого исполнительный элемент 9, например электрически управляемый механический привод, изменяет апертуру регулируемой диафрагмы 7 и поле зрения регулируемой диафрагмы 8 таким образом, чтобы размеры счетных объемов CO1 и CO2 стали оптимальными, при которых обеспечивается минимальная погрешность определения характеристик газового потока. При этом значения апертуры диафрагмы 7 и поля зрения диафрагмы 8 регистрируются исполнительным элементом 9 и передаются на контроллер 11 для контроля текущих поперечных размеров счетных объемов CO1 и CO2. Таким образом, производится регулировка поперечных размеров счетных объемов CO1 и CO2 для повышения точности контроля характеристик газового потока.

Предлагаемое устройство и способ обеспечивают автоматизацию и высокую точность контроля характеристик газового потока. Кроме того, устройство имеет малые габариты и вес, а предлагаемый способ контроля не требует выпуска газа в атмосферу, что позволяет сберечь запас природного газа и существенно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.

Источники информации:
1. З. N 2365802, МКИ² G 01 P 5/20, пр. 14.09.77, FR, опубл. 26.05.78.

2. З. N 3631900, МКИ⁴ G 01 P 5/20, 13/00, 3/36, пр. 19.09.86, DE, опубл. 07.04.88 (прототип).

3. Патент FR N 2349131, кл. G 01 F 1/86, G 01 P 5/00, опубл. 1977 (прототип).

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для проведения исследований скважин для измерения параметров газожидкостной смеси без сепарации потока. Задачей изобретения является повышение точности измерений характеристик газового потока. Устройство включает первую линзовую систему, последовательно соединенные лазерные источник света, делитель луча и вторую линзовую систему и оптическое приемное приспособление (ОПП), выход которого подключен к блоку обработки сигналов (БОС). Дополнительно устройство снабжено двумя регулируемыми диафрагмами, исполнительным элементом (ИЭ) и контроллером, который через блокиратор соединен с выходом БОС, а через ИЭ - с регулируемыми диафрагмами. Одна диафрагма - полевая - расположена между первой линзовой системой и ОПП, а вторая - апертурная - между второй линзовой системой и газовым потоком. Для реализации способа в потоке базы измерения создают путем формирования счетных объемов и регистрируют ОПП моменты пролета частицами границ базы измерения. Затем преобразуют сигналы ОПП в последовательность импульсов напряжения с помощью БОС и передают ее через блокиратор на контроллер. По заданному алгоритму в контроллере измеряют параметры импульсов, рассчитывают по ним характеристики газового потока и формируют управляющий сигнал на ИЭ. По управляющему сигналу с помощью регулируемых диафрагм устанавливают оптимальные поперечные размеры счетных объемов. При этом на контроллер с помощью блокиратора пропускают только те последовательности импульсов, которые формируются после окончания расчета и фиксируют общее количество зарегистрированных частиц. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля характеристик газового потока, включающее первую линзовую систему, последовательно соединенные лазерные источник света, делитель луча и вторую линзовую систему, оптическое приемное приспособление, выход которого подключен к блоку обработки сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено двумя регулируемыми диафрагмами, исполнительным элементом, блокиратором и контроллером, который через блокиратор соединен с выходом блока обработки сигналов, а через исполнительный элемент - с регулируемыми диафрагмами, одна из которых - полевая - расположена между первой линзовой системой и оптическим приемным приспособлением, а вторая - апертурная - между второй линзовой системой и газовым потоком. 2. Способ контроля характеристик газового потока, включающий создание в потоке базы измерения путем формирования счетных объемов и регистрацию оптическим приемным приспособлением моментов пролета частицами границ базы измерения, отличающийся тем, что преобразуют сигналы оптического приемного приспособления в последовательность импульсов напряжения с помощью блока обработки сигналов и передают ее через блокиратор на контроллер, где по заданному алгоритму измеряют параметры импульсов и рассчитывают по ним характеристики газового потока, затем формируют управляющий сигнал на исполнительный элемент, по сигналу которого с помощью регулируемых диафрагм устанавливают оптимальные поперечные размеры счетных объемов, при этом на контроллер с помощью блокиратора пропускают только те последовательности импульсов, которые формируются после окончания расчета и фиксируют общее количество зарегистрированных частиц.