Плотномер Советский патент 1983 года по МПК G01N9/18 

Изобретение относится к измерени плотности жидкостей с использованием поплавковых датчиков плотности и может быть использовано для измерения плотности промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для измерения плотности промывочной жидкости при бурении, содержащее два поплавка, соединенных посредством чувствительного элемента, воспринимающего усилия,с которым одни из поплавков полностью погруженный в жидкость, действует на первый поплавок, находящийся на поверхности жидкости .

Однако в силу данных конструктивных особенностей устройство обладает ограниченными метрологическими характеристиками за счет требуемого компромисса по величине диапазона изменения Архимедовой силы обоих поплавков, а также за счет влияния скорости потока жидкости.

На;иболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достиг емому эффекту является плотномер, содержащий двуплечий рычаг с упорами, одним концом через гибкую связь сочлененный с упругим элементом в виде плоской пружины переменного сечения через демпфер-разделитель с тонущим поплавком в экране, а другим плечом - с грузоустанавливакядим устройством выбора предела измерения, выполненным в виде балластного и калиброванных измерительных грузов , которыми управляют с помощью электромагнитов и блоков регистраци перемещения поплавка, подключенным к показывающему прибору 2.

Недостатком является невысокая надежность и точность считывания .информации. Это связано прежде всего с тем,что данный плотномер не обладает возможностью автоматического приспособления к изменениям плотности в широком диапазоне и при любом пределе измерения плотномер выдает унифицированный выходной сигнал напряжением постоянного тока от о до 1 В, а при ручном выборе преде ла измерения ограничение на применение данных плотномеров в АСУ ТПбурения, так как требуется идентификация признака предела измерения для исключения ошибок при считывании информации.

Цель изобретения - повышение надежности и точности считывания, измерит(эльной информации путем адаптино-автоматического выбора предела измерения.

Поставленная цель достигается те что плотномер, содержащий двуплечий рычаг с упорами, одним концом через гибкую связь сочлененный с упругим

элементом в виде плоской пружины переменного сечения через демпфер-разделитель с тонущим поплавком в экране, а другим плечом - с грузоустаналивающим устройством выбора предела измерения, выполненным в виде бал.-., ластного и комбинированных измериттельных грузов, которые связаны с электромагнитами и блоком регистрации перемещения поплавка, подключенным к показывающему прибору, дополнительно снабжен двумя задатчиками уровней сигнала, двумя компараторами, блоком логического управления, дешифратором признака предела измерения, ключами, причем выход блока регистрации перемещения поплавка дополнительно подключен к входам компараторов, вторыми входами связанными соответственно с задатчиками верхнего и нижнего уровней сигнала, а выходами - с блоком логического управления, воздействующего выводами на ключи, замыкающие цепь электромагнитов и через дешифратор признака предела измерения, связанного с дополнительным входом показывающего прибора.

Блок логического управления содержит три триггера, два двухвходовых и один трехвходовой элемент И, два элемента задержки, два двухвходс5вых элемента ИЛИ, трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ и сигнальное табло Внимание-предел, причем выход первого компаратора подан на первый прямой вход триггера, на первый вход трехвходового элемента И и на входы обоих двухвходовых элементов И, прямой вход первого триггера подключен к входу первого ключа и через первый элемент задержки к второму входу одного двухвходового элемента И, выходом связанного с первым прямым входом второго триггера и с первым входом трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, прямой выход второго триггера подключен к входу второго ключа и через второй элемент задержки к второму входу второго двухвходового элемента И, выходом связанного с вторым -входом трехвходового элемента ИЛИ-НЕ и с первым прямым входом третьего триггера, прямой выход третьего триггера подключен- к входу третьего ключа выход второго компаратора подключен к первому входу второго двухвходового элемента ИЛИ и через инвертор к третьему входу трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, выходом подключенного к вторым пряжим входам второго и третьего триггера и к второму входу пе.вого двухвходового элемента ИЛИ, выходом связанного с вторым прямым входом первого триггера, а выход трехвходового элег«1ента И соединен с вторым входом второго двухвходового элемента ИЛИ, выходом связанного с сигнальным табло Внимание-предел

На чертеже представлен предлагаемый плотномер.

Плотномер содержит тонущий поплавок 1, снабженный защитным экраном 2 демпфер-разделитель 3, двуплечий рычаг 4, упругий элемент 5 в виде плоской пружины переменного сечения, гибкую связь б упоры 7,блок 8 регистрации перемещения поплавка, показывающий прибор 9, задатчикиверхнего 10 и нижнего 11 уровней сигнала, компараторы 12 и 13, дешифратор 14 призна ка предела измерения, триггеры 15-17, двухвходовые элемен ы И 18 и 19, трехвходовой элемент И 20, элементы 21 и 22 задержки, двухвходовые элемента ИЛИ 23 и 24, трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ 25, инвертор 26, сигнальное табло 27 Внимание-предел и грузоустанавливакнцее устройство 28 выбора предела измерения, выполненное в виде балластного 29 и килиброванных измерительных грузов .30-32, которыми управляют с помощью ключей 33-35, замыкающих цепь электромагнитов 36-38.

Устройство работает следующим образом.

При изменении плотности измеряемой среды выталкивающая сила, действующая на тонущий поплавок 1, полностью погруженный в жидкость, воздействует на плечо рычага 4 и прикладывается к упругому элементу 5 в виде плоской пружины переменного сечения. Измерение плотности промывочной жидкости в потоке связано с необходимостью защиты поплавка 1 экраном 2 от гидродинамического , напора, что в свою очередь позволяет уменьшить погрешность измерения как при применении широкодиапазонных, так и узкопредельных плотномеров, В предлагаемом устройстве повышение надежности и точности измерения достигается путем адаптивно-автоматического выбора предела измерения в зависимости от диапазона изменения плотности промывочной жидкости При этом диапазон изменения выходного сигнала, oтoбpaжae югo показывающим прибором 9, остается постоянным в каждом узком пределе измерения, а количество равных поддиапазонов выбирается в зависимости от требуемой точности измерения. На чертеже изображен плотномер с четырьмя поддиапазонами измерения: 0,5-1,0 1,0-1,5, 1,5-2,0, 2,0-2,5 г/см, что удовлетворяет всему диапазону изменения плотности промывочной жидкости в бурении. Упругий элемент 5 плотномера протарирован в одном узком диапазоне измерения на усилие, пропорциональное разности веса тонущего поплавка 1 и Архимедовой силы, развиваемой поплавком в данном поддиапазоне изменения измеряемой величины, разность веса тонущего поплавка 1 и максимального значения Архимедовой силы, соответствующего верхнему пределу каждого узкохр предела измерения, компенсируется при переходе от одного узкого предела измерения к другому балластным 28 и калиброванными измерительными грузами 2Э-31

0 При этом двуплечий рычаг 4 уравновешивается и в рановесном состоянии левое плечо рычага 4 находится в нижнем крайнем положении, а на выходе блока 8 регистрации перемещения поплавка имеется нижний уровень сиг5нала, соответствующий нижнему пределу измерения в каждом узком пределе измерения. Такое положение характеризуется тем, что компаратор 13, сравнивая выходной сигнал

0 от блока 8 регистрации перемещения поплавка с сигналом, поступакощм от задатчика 11 нижнего уровня выходного сигнала, в момент равенства данных сигналов выдает логичес5кое значение единичного сигнала, который поступает на первый вход второго двухвходового элемента ИЛИ 24 и через инвертор 38 на третий вход трехвходового элемента ИЛИ-НЕ 25,

0

При этом на выходе компаратора 12 имеется логическое значение нулевого сигнала, который приводит к тому,, что на выходах первого 18

5 и второго 19 двухвходовых элементов И имеется нулевой сигнал, а наличие трех нулевых сигналов на входах элемента 25 вызывает появление на выходе его единичного сигнала, который устанавливает все три

0 триггеры 15-17 в нулевое состояние, ключи 33-35 отключают все электромагниты 36-38 и все грузы 29-32 лежат на правом плече рычага 4, т,е, адаптивно выбирается самый

5 низкий предел в узком диапазоне измерения и дешифратор 14 признака предела измерения выдает на дополнительный вход прибора 9 сигнал признака самого низкого предела измере0ния, а под воздействием единичного сигнала компаратора 13 на выходе второго двухвходового элемента ИЛИ 24 появится сигнал, зажигающий сигнальное табло 27 Внимание-предел.

5 Устойчивое свечение сигнального табло 27 показывает, ч-io плотность измеряемой среды ниже нижнего значения предела измерения во всем диапазоне. При этом прибор необходимо

0 переградуировать или применить другой.

При возрастании плотности измеряемой среды в выбранном пределе измерения (0,5-1,0 г/см двуплечий рычаг, отслеживая перемещение поп

1. ПЛОТНОМЕР, .содержащий двуплечий рычаг с упорами, одним концом через гибкую связь сочлененный с упругим элементом в виде плоской пружины переменного сечения через демпфер-разделитель с тонущим поплавком в экране, а другим плечомс грузоустанавливаюсцим устройством выбора предела измерения, выполненнЕЛМ в ..виде балластного и калиброванных измерительных грузов, которые связаны .с электромагнитами и блоком регистрации перемещения поплавка, который подключен к показывающему прибору, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности считывания информации путем адаптивно-автоматического выбора предела измерения, он дополнительно снабжен двумя задатчиками уровней сигнала, двумя компараторами, блоком логического управления, дешифратором признака предела измерения, ключами, причем выход блока регистрации перемещения поплавка дополнительно подключен к входам компараторов, вторые входы которого связаны соответственно с задатчиками верхнего и нижнего уровней сигнала, а выходы - с блоком логического управления, выход которого соединен с ключами, которые соединены с цепью электромагнита, и через дешифратор признака .предела измерения с дополнительным входом показывающего прибора. 2. Плотномер по п. 1, о т л ичающийся тем, что блок логического управления содержит три триггера, два двухвходовых и один трехвходовый,элемент И, два элемента задержки, два двухвходовых элемента ИЛИ, трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ, инвертор и сигнальное табло /Внимание-предел, причем выход первого компаратора подан на первый прямой вход первого триггера, на первый вход трехвходового элемента И и на входы обоих двухвходовых элементов И, прямой вход первого триггера подключен к входу первого ключа и через первый элемент (Л задержки к второму входу одного двухвходового элемента И, выходом связанного с первым прямым входом второго триггера и о первым входом трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, прямой выход второго триггера подключен к входу, второго ключа и через второй элемент згщержки к второму входу второго двухвходового элемента И, со выходом связанного с вторым входом трехвходового элемента ИЛИ-НЕ и с 00 первым прямым входом третьего тригоо го гера, прямой выход третьего триггера подключен к входу третьего ключа, выход второго компаратора подклюсо чен к первому входу второго двухвходового элемента ИЛИ и через инвертор к третьему входутрехвходовогб элемента ИЛИ-НЕ, выходом подключенного к вторым пряьим входам второго и третьего триггеров и к второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ, выходом связанного с вторым прямым входом первого триггера, а выход трехвходового элемента И соединен с BTopftJM входом второго двухвходового элемента ИЛИ, выходом связанного с сигнальным табло Внимание-предел.