Устройство для измерения концентрации жидких сред Советский патент 1992 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти для измерения концентрации нефти в высокообводненной эмульсии,

Известно устройство для измерения концентрации веществ (Патент США № 4561779, кл. G 01 N 21 /01. Прибор для измерения концентрации вещества в суспензии; Нагамме М., Иноус И., Текенатцу Н, 31.12.85, Приоритет Японии 07.83, заявка № 456414), содержащее два светопроводящих приспособления. Одно из них имеет свето- испускающий торец, с которого на суспензию попадает свет, а другое - торец, на который попадает свет из суспензии. Второе приспособление передает полученный свет к блоку измерения оптической плотности. Указанные излучающий и приемный торцы расположены на расстоянии один от другого, что позволяет свету попадать в ячейку и дает возможность принимать свет из пространства внутри ячейки для измеряемой суспензии. Между светоиспускающим торцом расположено рассеивающее приспособление для обеспечения линейной зависимости между измеряемой оптической плотностью и концентрацией суспензии.

Недостатком данного устройства является влияние на точность измерения изменения концентраций дисперсной среды (например, солесодержание в водной фазе водонефтяной эмульсии) и загрязнение све- тоиспускающего и приемного торцов светопроводящих приспособлений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения концентрации жидких сред (Авт. св. № 1548718, кл. G 01 N21/59), содержащее источник света с блоком питания и расположенные по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических характеристик, а также пьезопреобразователи, переключатель, электронные схемы для передачи и приема ультразвуковых сигналов, вычислительный блок. В данном устройстве одновременно измеряются выходные сигналы ультразвукового и оптического датчиков и обоабаты- ваются по специальному алгоритму в вычислительном блоке,

При практическом использовании устройства возникают трудности, обусловленVIVJ

О 00

ел

ю

ные высоким акустическим сопротивлением стеклянных световодов, удаленностью ультразвуковых преобразователей от места ввода световода в контролируемую среду. Вследствие этого необходимо увеличивать мощность подаваемых в среду ультразвуковых колебаний, что, в своф очередь, приводит к снижению точности измерения.

Цель изобретения повышение точности измерений..

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник излучения с блоком питания и расположенный по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических ха- рактеристик среды, два пьезопреобразова- теля, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жестко закреп- лены пьезопреобразователи, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой - с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с первым входом вычислительно- го блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды введены генератор и приемник СВЧ-колебаний, све- товоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к другу, расположены цилиндрические электроды, один из которых электрически соединен через переклю- чатель с генератором СВЧ-колебаний, а другой - с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, а пьезопреобразователи выполнены кольцеобразными, охва- тывающими своими внутренними поверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе. х

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

В трубопровод 1 с контролируемой жидкостью 2 погружены датчики 3 и 4, каждый из которых содержит полые световоды 5 и 6, цилиндрические электроды 7 и 8, размещенные соответственно внутри полых световодов 5 и 6, кольцевые пьезопреобразователи 9 и 10, охватывающие с наружной стороны полые световоды, и закрепленные в корпусах датчики 11 и 12. Излучение световода 13, связанного с блоком питания 14, подается на один из световодов и воспринимается приемным световодом 15, электрически связанным с

блоком измерения оптических характеристик 16. На электрод 7 через переключатель 17 подаются от генератора 18 СВЧ-колеба- ния, а электродом 8 воспринимаются СВЧ- колебания, прошедшие через контролируемую среду и через переключатель 17.

Интенсивность СВЧ-колебаний измеряется приемником СВЧ-колебаний 19. Аналогичным образом на кольцеобразный пьезопреобразователь 9 через переключатель 17 подаются в среду колебания от генератора ультразвуковых колебаний 20. Интенсивность ультразвуковых колебаний измеряется при помощи кольцеобразного пьезопреобразователя 10,электрически связанного через переключатель 17 с измерителем ультразвуковых колебаний 21. Управление работой устройства, обработка измерительной информации и выдача результатов измерений осуществляется с помощью вычислительного микропроцессорного блока 22.

Помимо оптического датчика (передающий световод 5 - приемный световод 6), ультразвукового (передающий пьезопреобразователь 9 - приемный пьезопреобразователь 10) и СВЧ-датчика (передающий СВЧ-колебания электрод 7 и воспринимающий СВЧ-колебания электрод 8), в данном устройстве могут быть использованы дополнительные СВЧ-датчики, образованные наружными поверхностями цилиндрических электродов 7 и 8 и наружными поверхностями (обращенными внутрь в контролируемую жидкость) пьезопреобразователей 9 и 10 соответственно.

Для измерения концентрации нефти в высокообводненной водонефтяной эмульсии достаточно трех датчиков, так как наряду с измеряемым информативным параметром (концентрация нефти в высокообводненной эмульсии) необходимо контролировать и неинформативные параметры (содержание солей в водной фазе эмульсии, температура).

Устройство работает следующим образом. Свет от источника 13 (световода), электрически связанного с блоком питания 14, после прохождения через полый световод 5, .контролируемую среду 2 и полый световод 6, попадает на приемник 15 (светодиод}/ включенный в схему измерителя оптических характеристик 16. Сигнал с измерителя опта-; ческих характеристик 16, пропорциональный концентрации нефти в воде .и неинформативным параметрам, поступает в вычислительный блок 22 (микроЭВМ Электроника К1-20), где с учетом влияния неин- формативных параметров происходит

обработка сигналов и вычисляется окончательный результат измерения концентрации нефти в эмульсии.

Одновременно с подачей света через переключатель 17 с помощью генератора ультразвуковых колебаний 20 подается напряжение на кольцевой пьезопреобразова- тель 9, а выходной сигнал воспринимается кольцевым пьезопреобразователем 10, связанным с измерителем ультразвуковых колебаний 21, сигнал с которого подается также на вычислительный блок 22, где запоминается его значение. Затем при помощи переключателя 17 включается в работу СВЧ- датчик, образованный наружными поверхностями электродов 7 и 8. Электрод 8 соединен с измерителем СВЧ-колебаний 19, электрически связанным с вычислительным блоком 22.

Таким образом, в вычислительный блок приходят три сигнала с измерителей 16, 19, 21. Эти сигналы Ui, U2, Уз могут быть представлены в виде зависимостей:

Ui aiK + biH +cim;

L)2 Э2К + b2H + C2tn;(1)

из азК + ЬзН +сзпл,

где К, Н, m - концентрация солей в водной фазе эмульсии, нефти в водонефтяной эмульсии и температура соответственно;

ai, 32, аз, bi. 02, Ьз, ci, C2, сз коэффициенты, определяемые при градуировке кон- центратомера.

Зависимости (1) решаются в вычислительном устройстве относительно К, Н. т, и в выходной сигнал, соответствующий концентрации нефти в эмульсии, вводится необходимая коррекция в зависимости от концентрации солей в эмульсии и температуры.

Для проверки макета прибора в лабораторных условиях приготавливают эмульсии с заданным содержанием нефти, солей при помощи мешалки. Приготовленные эмульсии заливают в размещенный в термостате сосуде мешалкой, в который помещают первичные оптические преобразователи концентратом еров.Подсоединение осуществляют по схеме, изображенной на чертеже. Производят по 11 измерений в точках 100, 200, 300. 400, 500 и 1000 мг/л нефти в эмульсии и оценивают погрешность измерения концентрации нефти в эмульсии при различных концентрациях солей (50, 100, 200 мг/л) в водной фазе эмульсии и разных температурах (20, 30, 40°С). Максимальная погрешность измерения 2,5%.

Предел относительной приведенной погрешности выбранного в качестве базового прибора (прибор Волна) для измерения содержания нефти в воде составляет 5%.

При использовании изобретения отпадает необходимость s применении приспособлений для подготовки пробы и применении решемов. ( м м . cv unность измерения вследствие того, что учитывается влияние неинформативных параметров на результаты измерений и нет необходимости подавать ультразвуковой сигнал для преодоления большого акустиче0 ского сопротивления световода; размещение кольцевого пьезопреобразователя в зоне размещения оптического датчика способствует уменьшению влияния загрязнений поверхности оптического датчика на

5 точность измерения.

Предлагаемое устройство может найти применение в различных отраслях промышленности для контроля качественных параметров в процессах, где имеет место

0 влияние неинформативного параметра на результат измерения концентрации жидких сред оптическим или ультразвуковым преобразователем.

Формула изобретения

5 Устройство для измерения концентрации жидких сред, содержащее источник излучения с блоком питания и расположенный по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических

0 характеристик среды, два пьезопреобразователя, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жес ко закрепле5 ны пьезопреобразовэтели, один из которых электрически соединен через перекпюча- тель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой - с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого

0 соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды, отличающееся тем, что, с целью повышения точности изме5 рений, устройство дополнительно снабжено генератором и приемником СВЧ-колебэ- ний. световоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к. другу, распо0 ложеиы цилиндрические электроды, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором СВЧ-колебаний, другой - с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом

5 вычислительного блока а пьезопреобразо- ватели выполнены кольцеобразными, охватывающими своими внутренними поверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе.

Использование: измерение концентрации нефти в высокообводненной эмульсии в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти. Сущность изобретения: устройство содержит полый световод, внутри, которого заподлицо с торцом размещен цилиндрический электрод. Часть наружной поверхности световода размещена внутри кольцевого пьезопреобразователя, закрепленного в корпусе устройства. Особенностью устройства является наличие внутри полого световода цилиндрического электрода и кольцевого пьезопреобразователя на части наружной поверхности световода. 1 ил.