СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ СРЕДЫ Российский патент 2019 года по МПК G01N9/24 G01N9/10 G01N9/02 

Изобретение относится к способам измерений плотности жидких, газожидкостных и газообразных сред и может найти применение в нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности, где требуется проведение измерений плотности рабочих сред.

Точность измерений плотности среды один из важных показателей, в косвенном определении массы товарной продукции на узлах учета, оснащенных объемными счетчиками-расходомерами. Данные о значении плотности среды заносятся в паспорта качества товарной продукции, подтверждая соответствие продукта требованиям технических условий и/или регламентов.

Известен ареометрический принцип измерения плотности среды реализованный в виде замкнутого объема, внутри которого в измерительной камере плавает поплавок [pue8.ru>vybor...820-areometr-opredelenie-printsip...]. К недостаткам известного устройства можно отнести низкие технологические возможности связанные невозможностью встраивания в действующие системы перекачки жидкости, низкая точность измерений.

Принцип действия известных автоматических плотномеров основан на измерении силы тока соленоида, для контроля перемещения магнитного поплавка, погруженного в жидкость. Плотность жидкости соответствует силе тока. Изменение вертикального положения (изменение силы тока в соленоиде измерительной камеры) поплавка внутри камеры является показателем плотности жидкости, в которой плавает поплавок. Реализация непрерывного измерения с применением ареометрического принципа невозможна, использование известного способа измерений в автоматическом режиме затруднено необходимостью обеспечения цикличности обновления анализируемой жидкости.

Известен пикнометрический (весовой) способ измерения плотности, взятый за прототип, с использованием пикнометров, основанный на определении массы взвешиваемого известного объема жидкости (газа), предварительно отобранного заключенного в пикнометр (мера фиксированного объема) из трубопровода или резервуара при температуре и давлении транспортирования среды по трубопроводу (хранении в резервуаре) [Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Определение плотности тел методом пикнометра» Методические рекомендации Иркутск 2003, http://www.pd.isu.ru/kosm/method/lab/l-9.pdf]. Плотность измеряемой среды находят из частного от деления разницы массы заполненного и пустого пикнометра на значение вместимости пикнометра при условиях отбора пробы жидкости.

Недостатком известного метода является отсутствие возможности обеспечения цикличности измерений за короткий интервал времени, а также невозможность определения плотности различных сред. Высокая продолжительность измерения плотности среды весовым методом от 30 до 60 минут, не отражает изменяющиеся в процессе измерения параметры и физико-химические свойства измеряемой среды. Отсутствие возможности получить серию из результатов измерений за относительно короткий период времени не дает возможности выявить и исключить некорректные результаты измерений из серии измерений.

Невозможность использования измерений плотности в процессе их эксплуатации по месту установки и в лабораторных условиях

Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности расширение технологических возможностей, заключающихся в измерении в широком диапазоне сред, например, измерений плотности, температуры и давления рабочих сред (нефть, моторное топливо, моторное масло, нестабильный газовый конденсат, сжиженный углеводородный газ, компримированный углеводородный газ и др.), обеспечение возможности цикличности измерений за короткий интервал времени и обеспечение контроля метрологических характеристик рабочих средств измерений плотности в процессе их эксплуатации без остановки технологического процесса по месту установки и в лабораторных условиях.

Поставленный технический результат достигается сочетанием использования общих с прототипом существенных признаков, заключающихся во взвешивании незаполненного измеряемой средой пикнометра и взвешивании пикнометра с заполненным фиксированным объемом его полости и последующий расчет, и новых признаков, заключающихся в том, что после взвешивания незаполненного пикнометра, выполненный в виде цилиндра с поршнем внутри, связанный при помощи тяги с тензодатчиком, поршень пикнометра устанавливают в нижнее положение, надпоршневую полость пикнометра заполняют гидравлической жидкостью, а в подпоршневую полость пикнометра под избыточным давлением подают измеряемую среду и, соответствующим давлением среды, осуществляют подъем поршня, при этом в надпоршневой полости создают противодавление подъему поршня, посредством дросселирования путем перетока гидравлической жидкости из надпоршневой полости пикнометра в накопительную емкость, после заполнения подпоршневой полости поршневого пикнометра измеряемой средой и достижения поршнем заданного верхнего положения осуществляют взвешивание заполненного пикнометра при помощи тензодатчика. По разнице весов незаполненного пикнометра и пикнометра с измеряемой средой, отнесенное к фиксированному объему измеряемой среды в пикнометре, определяют плотность среды.

Заявляемые отличительные признаки способа позволяют создать постоянные, стабильные условия заполнения подпоршневой полости цилиндра, характерные для конкретного вида измеряемой среды, что расширяет технологические возможности способа, такие как регулируемая скорость заполнения, за счет заданной скорости перетока гидравлической жидкости из надпоршневой полости в накопительную емкость, и сглаживание возможных колебаний давления среды.

Взвешивание не заполненного пикнометра и пикнометра со средой при помощи тензодатчика, без изъятия пикнометра и тензодатчика из системы, и определение плотности среды по разнице весов позволяет сократить время на осуществление процедуры определения плотности среды.

Предлагаемый способ применим на нестабильных, вязких и парафинистых средах, на средах с низкой температурой. На процесс измерений не оказывают влияния изменения структуры потока, так как с применением заявляемого способа возможно моделировать циклы измерений по таким параметрам, как время прохода поршня, поддержание значений давления внутри камеры пикнометра (идентичное давлению в трубопроводе). Набор и последующая обработка данных, полученных в результате многократных измерений, позволяет исключить субъективную и случайную составляющую погрешности измерений. В алгоритмы выполнения измерений возможно, заложить алгоритм определения оптимального режима в циклах измерений, на основе автоматического анализа полученных данных, время продувки системы, скорости подачи анализируемой рабочей среды, время мойки следов рабочей среды и т.д.

Метрологические характеристики предлагаемого способа соответствуют требованиям к эталону плотности первого разряда с ПГ±0,1 кг\м3 по государственной поверочной схеме (ГОСТ 8.024-2002) при рабочей температуре от минус 50 до 110°С, давления рабочей среды от 0 до 20 МПа, и плотности от 0,1 до 3 000 кг/м3.

При проведении патентно-информационных исследований, сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Описание осуществления предлагаемого способа и проведенные опытные работы позволяют отнести предложенный способ к промышленно выполнимым.

На фигуре схематично представлен поршневой пикнометр, обеспечивающий выполнение заявляемого способа, выполненный в виде цилиндра 1 с поршнем 2 внутри, цилиндр при помощи тяги 3 связан с тензодатчиком 4, накопительная емкость 5 через запорную арматуру связана с надпоршневой полостью 6, подпоршневая полость 7 пикнометра заполняется измеряемой средой.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: Первоначально осуществляют взвешивание, незаполненного измеряемой средой цилиндра 1 при помощи тензодатчика 4. Поршень 2 в цилиндре опускают в нижнее положение. Затем, при нахождении поршня 2 в крайнем нижнем положении, надпоршневую полость 6 заполняют гидравлической жидкостью, а в подпоршневое пространство 7 цилиндра 1 под избыточным давлением подается измеряемая среда, например конденсат газовый нестабильный, при этом заполнение подпоршневого пространства замедляется посредством дросселирования, путем контролируемого уменьшения перетока гидравлической жидкости из надпоршневой полости 6 в емкость 5. По окончании заполнения подпоршневой 7 или надпоршневой полостей 6 цилиндра 1 соответственно рабочей измеряемой средой или гидравлической жидкостью или поверочной жидкостью, для стабилизации давлений среды, осуществляют выдержку в течение 1-3-х минут. Более длительное время для стабилизации давления не требуется. После заполнения измеряемой средой подпоршневой полости 7 вновь осуществляется взвешивание цилиндра 1. По результатам взвешиваний, по разнице весов заполненной и незаполненной подпоршневой полости, деленной на объем измеряемой среды, находящейся в цилиндре, определяют плотность среды. Для осуществления следующего измерения осуществляют слив измеряемой среды из подпоршневой полости, после чего возможно сразу осуществить новый цикл измерений плотности среды.

Предлагаемый способ, реализующий весовой принцип измерений плотности рабочих сред с использованием фиксированного объема образованного стенками цилиндра и нижней плоскостью поршня обеспечивает расширенные возможности измерений заключающиеся в:

- обеспечение возможности цикличности измерений за короткий интервал времени,

- обеспечивает измерение плотности сред в потоке без остановки технологического процесса.

Изобретение относится к технологии прецизионных измерений плотности жидких, газожидкостных и газообразных сред при их перекачивании и хранении. Способ измерения плотности среды, включает взвешивание не заполненного пикнометра, выполненный в виде цилиндра с поршнем внутри и связанный при помощи тяги с тензодатчиком, после чего надпоршневую полость пикнометра заполняют гидравлической жидкостью, а в подпоршневую полость поршневого пикнометра под избыточным давлением подают измеряемую среду, затем, воздействуя давлением среды осуществляют подъем поршня, при этом противодавление гидравлической жидкости в надпоршневой полости, посредством ее перетока из надпоршневой полости пикнометра в накопительную емкость, постепенно снижают, после заполнения полости поршневого пикнометра измеряемой средой и достижения поршнем заданного положения, осуществляют взвешивание пикнометра со средой при помощи тензодатчика и по разнице весов не заполненного и пикнометра с измеряемой средой, определяют плотность среды. Изобретение позволяет обеспечить возможность цикличности измерений за короткий интервал времени и обеспечение контроля метрологических характеристик рабочих средств измерений плотности в процессе их эксплуатации без остановки технологического процесса по месту установки и в лабораторных условиях. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения плотности среды, включающий взвешивание незаполненного измеряемой средой пикнометра и взвешивание пикнометра с заполненным фиксированным объема его полости и расчет отличающиеся тем, что после взвешивания незаполненного пикнометра, выполненный в виде цилиндра с поршнем внутри, связанного при помощи тяги с тензодатчиком, поршень пикнометра устанавливают в нижнее положение, надпоршневую полость пикнометра заполняют гидравлической жидкостью, а в подпоршневую полость пикнометра под давлением подают измеряемую среду, при этом в надпоршневой полости создают противодавление подъему поршня, посредством дросселирования путем перетока гидравлической жидкости из надпоршневой полости пикнометра в накопительную емкость, после заполнения подпоршневой полости измеряемой средой и достижения поршнем заданного верхнего положения, осуществляют взвешивание пикнометра со средой при помощи тензодатчика, по разнице весов незаполненного пикнометра и пикнометра с измеряемой средой, определяют плотность среды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для стабилизации давлений, по окончании заполнения подпоршневой и надпоршневой полостей цилиндра, осуществляют выдержку в течение 1-3-х минут.