Устройство для измерения концентрации жидких сред

(г 9 Ц 5 6 01 М 21/59 Я НИЕ ИЗОБРЕТ ОП КОНтра- иив ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЦЕНТРАЦИИ ЖИДКИХ СРЕД(57) Использование: измерение концции нефти в высокообводненной эмул 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 В 4561779, кл. 6 01 И 21/01. Прибор для измерения концентрации вещества в суспензии; Нагамме М., Иноус И., Текенатцу Н, 31.12,85, Приоритет Японии 07.83, заявка М 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 суспенэии, Между светоиспускающим торцом расположено рассеивающее приспособление для обеспечения линейной засистемах 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 свето- вода. 1 ил. висимости между измеряемой оптической плотностью и концентрацией суспенэии.Недостатком данного устройства является влияние на точность измерения изменения концентраций дисперсной среды (например, солесодержание в водной фазе водонефтяной эмульсии) и загрязнение светоиспускающего и приемного торцов свето- проводящих приспособлений,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство ля измерения концентрации жидких сред(Авт, св. М 1548718, кл. 6 01 ч 21/59), 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, вычисли гельный блок. В данном устройстве одновременно измеряются выходные сигналы ультразвукового и оптического датчиков и обоабатываются по специальному алгоритму в вычислительном блоке,При практическом использовании устройства возникают трудности, обусловлен 17708525 10 15 20 25 30 35 40 Ф 50 55 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 характеристик среды, два пьезопреобразователя, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жестко закреплены пьеэопреобразователи, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой - с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды, введены генератори приемник СВЧ-колебаний,световоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к другу, расположены цилиндрические электроды, один из которых электрически соединен через переключатель с генератором СВЧ-колебаний, а другой - с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, а пьеэопреобразователи выполнены кольцеобраэными, охватывающими своими внутренними поверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе.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 б, кольцевые пьеэопреобразователи 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-колебания, а электродом 8 воспринимаются СВЧ- колебания, прошедшие через контролируемую среду и через переключатель 17.Интенсивность СВЧ-колебаний измеряется приемником СВЧ-колебаний 19, Лналогичным 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.ЯПомимо оптического датчика (передающий световод 5 - приемный световод б),ультразвукового (передающий пьезопреобраэователь 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 водонефтя ной 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) вклоченный в схему измерителя оптических,характеристик 16, Сигнал с измеритеая оаэи;,ческих характеристик 16, пропорциональный концентрации нефти в воде,и неинформативным параметрам, поступает в вычислительный блок 22 (микроЭВМ "Электроника" К 1-20), где с учетом влияниз неинформативных параметров происходит25 сосуд с мешалкой, в которьнй помещают первичные оптические преобразователи кон 50 55 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 пьезопреобразователь 9, а выходной сигнал воспринилается кольцевым пьеэопреобразователем 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 образовал, в вычислительный блок приходят три сигнала с измерителей 16, 19, 21. Эти сигналы О 1, О 2, Оз могут быть представлены в виде зависимостей:О 1 = а 1 К+ ЬН + с 1 щ;О 2 = а 2 К + Ь 2 Н + с 2 тп (1) Оз = азК+ ЬзН + сзв,где К, Н,в - концентрация солей в водной фазе эмульсии, нефти в водонефтяной эмульсии и температура соответственно;а 1, а 2, аз, Ь Ь 2, Ьз, с 1, с 2, сз- коэффициенты, определяемые при градуировке концентратомера,Зависимости (1) решаются в вычислительном устройстве относительно К, Н. п, 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 центратомеров. 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 мгlл) в водной фазе эмульсии и разных температурах (20, 30, 40 С), Максимальная погрешность измерения 2,50,.Предел относительной приведенной погрешности выбранного в качестве базовогоприбора (прибор "Волна" ) для измерениясодержания нефти в воде составляет 5;4,5 10 15 20 30 35 40 При использовании изобретения отпадает необходимость в применении приспособлений для подготовки пробы и применении реаге 1 ов, ; г ,:.с; ",. ; то - ность измерения вследствие того, что учитывается влияние неинформативных параметров на результаты измерений и нет необходимости подавать ультразвуковой сигнал для преодоления большао акустического сопротивления.световода; размещение кольцевого пьеэопреобразователя в зоне размещения оптического датчика способствует уменьшению влияния загрязнений поверхности оптического датчика на точность измерения,Предлагаемое устройство может найти применение в различных отраслях промышленности для контроля качественных параметров в процессах, где имеет место влияние. неинформативного параметра на результат измерения концентрации жидких сред оптическим или ультразвуковым преобразователем.Формула изобретен ия Устройство для измерения коцентрации жидких сред, содержащее источник излучения с блоком питания и расположенный по ходу излучения осветительный и приемный световоды, блок измерения оптических характеристик среды, два пьезопреобразователя, генератор ультразвуковых колебаний, измеритель ультразвуковых колебаний, переключатель, вычислительный блок, при этом на торцах световодов жестко закреплены пьезопреобразователи, один иэ которых электрически соединен через переключатель с генератором ультразвуковых колебаний, а другой - с измерителем ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого электрически соединен с блоком измерения оптических характеристик среды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, устройстводополнительно снабжено генератором и приемником СВЧ-колебаий, световоды выполнены полыми, причем внутри полых световодов заподлицо с их торцами, обращенными друг к другу, расположены цилиндрические электроды. один иэ которых электрически соедине через переключатель с генератором СВЧ-колебаний, другой - с приемником СВЧ-колебаний, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока. а пьезопреобраэователи выполнены кольцеобразными, охватывающими своими внутрен ними гюверхностями наружные поверхности световодов, при этом световоды и пьезопреобразователи размещены в цилиндрическом корпусе,1770852Составитель В, Беляков Редактор Г. Бельская Техред ММоргентал Корректор Л.Филь Заказ 3737 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101