Способ измерения плотности жидкости

ВЫ 1% СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 И 9 26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Кф 43 технически Куибыкев .П,Миро томатические Техника, 196 тельство СССР1 Б 9/26,01.02НИЯ ПЛОТНОСТИ(54) СПОСОБ ИЗМЕКОСТИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИИ(57) Изобретение относится" к контрольно-измерительной технике, аименно к устройствам для измеренияплотности жидкости, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия путемуменьшения количества тактов измерения и повышение точности за счет исключения погрешности, связанной с нелинейностью статических характеристик диАманометра. В первом тактеизмерения сжатый воздух барботируютчерез вторую основную и дополнительную измерительные трубки и измеряютразность давлений, а во втором- через основные измерительные трубки икомпенсатор балластного давления приодновременном перемещении пьеэометрической трубки до величины разности давлений, равной первоначальноизмеренной, а плотность определяютиэ выражения=Н/Ь, где 1" и )соответственно плотности исследуемой и эталонной жидкостей; Н- глубина погружения,пьезометрическойтрубки; Ь - разность глубин погружения первой основной и дополнительнойизмерительных трубок. Измерительйыетрубки погружены в исследуемую жидкость, при этом глубины погружениядополнительной измерительной трубкименьше глубины погружения первойосновной измерительной трубки, нобольше глубины погружения второй основной измерительной трубки. 1 ил.(инверсный) выход триггера 17 закрывает пневмоклапаны 5 и 11, Таким образом, в первом такте измерения работают трубки 1 О и 8, На плюсовойкамере дифманометра 4 в этом тактедавление равноР Я(Н Ь)+Р +Р +Ргде- плотность контролируемой жид кости;я - ускорение свободного падения;Р - потери давления на участкепневмолинии 2 от места под- .ключения дифманометра до среза барботажной трубки, обусловленные трением воздуха остенки пневмолинии;Р - избыточное давление воздуха,обусловленное силами поверх ностного натяжения, необходимое для отрыва пузырька воздуха от нижнего конца трубки;Р - давление, обусловленное скочуростным напором жидкости,.изменяющее условия отрывапузырька воздуха от нижнегоконца барботажной трубки.Аналогично, на минусовую камерудифманометра 4 в первом такте дей- ЗВ ствует.давление 20 13Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно кустройствам для измерения плотностижидкостей, и может быть использованов различных отраслях промышленности.Цель изобретения - повышение быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышениеточности измерения за счет исключения погрешности, связанной с нелинейностью статической характеристикидифманометра.На чертеже изображен компенсационный пневмометрический плотномер,реализующий предлагаемый способ,Плотномер содержит систему 1 питания воздухом, питающую плюсовую 2и минусовую 3 независимые пневмолинии, между которыми включен дифманометр 4. Плюсовая линия 2 через пневмоклапан 5 питает первую основнуюизмерительную трубку б, погруженнуюв контролируемую жидкость на глубину Н а через пневмоклапан 7 - дополнительную измерительную трубку 8,погруженную на глубину (Н, -Ь), гдеразность глубин погружения первой основной и дополнительной измерительных трубок.Минусовая линия 3 через пневмоклапан 9 питает вторую измерительную трубку 10, погруженную в жидкостьна глубину Н Н, -Ь), а через пневмоклапан 11 - компенсатор 12 балластного давления с подвижной пьезометрической трубкой 13 и последовательно включенной измерительной трубкой10, Пьеэометрическая трубка 13 кинематически связана с приводом 14, перемещающим ее вдоль вертикальнойоси. Выход дифманометра 4 соединенс первым входом привода 14 и черезключ 15 - с входом блока 1 б памяти,выход которого соединен с вторым входом привода 14, а управляющий входключа 15 и третий вход привода 14соединены с первым (прямым) выходомсчетного триггера 17, также соединенного с входами управления пневмоклапанов 7 и 9, Второй (инверсный)выход триггера 17 соединен с входамиуправления пневмоклапанов 5 и 11,а вход - с выходом генератора 18.Плотномер работает следующим образом,Цикл измерения состоит из двухтактов, Генератор 18 задает длительность измерения. В первом такте триггер 17 находится в состоянии "1". Р, =дНР Р Р .Обычно Р,ФР, Р Р, РщФР, таккак скорость воздуха и расход впневмолиниях различен,Пусть статическая характеристика дифманометра 4 нелинейна и имеетвид,1 В У=а,а,(Р -Р )+а(Р -Р ) аь( ) ф где у - выходной сигнал дифманометра (например, ток, напряжение, частота и пр.); БО аа- коэффициенты модели статической характеристики диманометра.Эти коэффициенты могут медленноизменяться во времени, так как при 55 старении дифманометра происходятсдвиг и деформация его статическойхарактеристики, особенно для простыхприборов низкого класса точности.Следовательно, на выходе дифманомет3 135406 ра в первом такте измерения имеется сигнал, который записывается в блок 16 памяти. Нк- к 1-(3) 50 55 у, =а,+а, (р ВН+ьР)+а (рН+ЬР) +а Н+ьР) ", (1) 5 где Н=Н 1-Ь-Н,Во втором такте триггер 17 находится в состоянии логического "О". 10 Его первый выход закрывает пенвмоклапаны 9 и 7, запирает ключ 15 и разрешает приводу 14 отрабатывать сигнал рассогласования. Второй выход триггера 17 открывает пневмоклапаны 15 5 и 11. Следовательно, в этом такте измерения работают трубки 6 и 1 О и компенсатор 12 балластного давления.В процессе компенсации привод 14 перемещает подвижнув пьезометрическую трубку 13 до тех пор, пока сигналы на его первом и второй входах не уравняются.Пусть положение равновесия соответ 25 ствует глубине погружения пьеэометрической трубки 13, равной Нк, тогда в положении равновесия на плвсовой камере дифманометра 4 давление равноР =рН +Р +Р +Р30 а на минусовой Р,=цН,+Р,+Р +Р + ляН,где- плотность эталонной жидкос 1.кти в компенсаторе 12.На выходе диманометра 4 во втором такте имеюту,=а,+а, рв(Н,-Н, )+дР-рНД +++а у(Н,-Н)+йР-)КНф, (2) 40так как при полной компенсации у=уд,приравнивая выражения (1) и (2),получают условие)(Н,-Н -Ь)+ЬР=д(Н-Н)+ьР-Н. 45Отсюда Таким образом, глубина погруже ния компенсационной трубки 13 в эталонную жидкость прямо пропорциональна плотности измеряемой жидкости.Из выражения (31 видно, что значение плотности жидкости, полученной в результате двух тактов измерения и компенсации, не зависит от условий работы плотномера, параметров 4 4пневмолинии и режимов ее работы, а также параметров диЗманометра и опре. деляется только постоянными величинами Ь,и измеренным значением Н. В этом, случае погрешность измерения плотности определяется только погрешностью измерения величины К, точностьв задания и поддержания величин Ь,и точностью компенсации.Все это справедливо только в том случае, если за время измерения и компенсации условие работы плотномера и параметры дифманометра не изменяются, т.е. величины Р Р, РРц, Ру, а, а,анеизменени на интервале измерения. Так как длительность тактов всегда можно подобрать много меньше,чем период времени, в течение которого эти параметры существенно изменяются, это условие.в большинстве практических случаев автоматически соблюдается.Значение Н, пропорциональное измеряемой плотности , снимается с выхода привода 14, например как угол поворота вала исполнительного двигателя или число импульсов при использовании в приводе шагового двигателя.Динамический диапазон измерения плотностей определяется пределом.изменения глубины Н погружения пьезометрической трубки 13, а предел измерения - величинами Н, к и Ь.Плотномер, реализувщий предлагаемый способ, позволяет повысить точность измерения плотности жидкости на потоке при длительной эксплуатации в реальных производственных условиях без настройки и коррекции. В то же время требования по точности к первичному преобразователю (диФманометру) значительно снижаются и возможно применение грубых и дешевых приборов.В предлагаемом способе результат измерения не зависит от состояния объекта измерения (температуры, избыточного давления, уровня контролируемой жидкости, состояния пневмолиний, расхода и скорости воздуха в линиях), а также состояния диманометра (коэдхЪициентов а ,а,аего статической характеристики в текущий момент времени). Все эти параметры могут изменяться во времени, однако эа время двух тактов измерения - компенсации они остаются практически постоянными. Следователь1354 но, дифманометр и плотномер в целом не требуют периодической настройки и коррекции, так как результат измерения не зависит от текущих параметров дифманометра и плотномера.БПрименение предлагаемого способа, например, на буровой для контроля плотности бурового раствора на входе и выходе иэ скважины позволит повы. сить эффективность процесса бурения эа счет снижения затрат времени и средств на ликвидацию нефтегазоводопроявлений и аварийных выбросов из скважины, раннее обнаружение которых возможно только при повышении точности измерения плотности. 1(роме того, повышение точности измерения плотности бурового раствора20 на входе в скважину позволит испольэовать высокопроизводительный равновесный режим бурения (по гидростатическому давлению на забой). 25Формула изобретения Об 4 6дополнительной измерительной трубки меньше глубины погружения первой основной измерительной трубки, но больше глубины погружения второй основной измерительной трубки, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия путем уменьшения количества тактов измерения и повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с нелинейностью статических характеристик дифманометра, измерение производят эа два такта, в первом иэ которых сжатый воздух барботируют черезвторую основную и дополнительную измерительные трубки и измеряют разность давлений, а во втором сжатый воздух барботируют через основные измерительные трубки и компенсатор балластного давления при одновременном перемещении пьезометрической трубки до тех пор, пока разность давлений не станет равна первоначально измеренной, а плотность жидкости определяют из выраженияСпособ измерения плотности жидкости, включающий барботирование сжатого воздуха через две основные измерительные трубки и компенсатор балластного давления с пьеэометрической трубкой и через основную и дополнительную измерительные трубки и измерение разности давлений посредством дифманометра, при этом измерительные З 5 трубки погружены в исследуемую жидкость, причем глубина погружения1 - к 1 где о и р соответственно плотности исследуемой и эталон"ной жидкостей;глубина погружения пьезометрической трубки;разность глубин погружения первой основной идополнительной измерительных трубок.1354064Составитель В,Алексеев Редактор И.Горная Техред М.Ходанич Корректор М. Шарощи Заказ 5685/37 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная 4