RU2092825C1

RU2092825C1 - Device for remote determination of moisture content in petroleum

Info

Publication number: RU2092825C1
Application number: RU94044508A
Authority: RU
Inventors: В.И. Логинов; С.А. Осетров
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Научно-инженерный центр автоматизации технологических процессов"
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1997-10-10
Also published as: RU94044508A

Abstract

FIELD: automatic control systems. SUBSTANCE: device has microcontroller 1 connected to sensor 4 through series-connected digital-to-analog converter 2 and voltage-controlled generator 3. Sensor 4 is connected to comparator 8 via delay element 6 and analog storage element 7. Comparator in its turn is connected to indicator unit 9. Frequency meter 10 is connected to generator 3 and to microcontroller 1. EFFECT: improved accuracy of measurements. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для дистанционного контроля влажности нефти. The invention relates to automation and can be used for remote control of oil moisture.

Известно устройство для контроля влажности, содержащее генератор постоянной частоты, резонансный датчик, амплитудный детектор и индикатор, в датчике которого возбуждаются колебания и поступают на фильтр, который пропускает только собственные колебания контура и не пропускает остальные. С помощью ключей сигнал проходит на индикатор, который дает информацию о состоянии объекта "сухой" или "мокрый". /См. А.с.N1141382 кл. G 05 D 22/00, 1985/. A device for controlling humidity is known, which contains a constant frequency generator, a resonant sensor, an amplitude detector and an indicator, in the sensor of which vibrations are excited and fed to a filter that passes only natural oscillations of the circuit and does not pass the rest. Using the keys, the signal passes to the indicator, which gives information about the state of the object "dry" or "wet". /Cm. A.S. N1141382 class. G 05 D 22/00, 1985 /.

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывного измерения влажности в диапазоне 0 100% поскольку оно построено по схеме на контроль двух состояний объекта: "сухой" или "мокрый". A disadvantage of the known device is the impossibility of continuous measurement of humidity in the range of 0 100% since it is built according to the scheme for monitoring two conditions of the object: "dry" or "wet".

Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для определения состава (влажности), содержащее генератор качающейся частоты, резонансный контур с исследуемым образцом, детектор, блок индикации, блок управления и обсчета данных (ЭВМ). /См. Арш Э.И. Применение токов высокой частоты в горном деле. М.Недра, 1967, с.122-136/. The closest technical solution to this is a device for determining the composition (humidity), containing a oscillating frequency generator, a resonant circuit with the test sample, a detector, an indication unit, a control unit and data calculation (computer). /Cm. Arsh E.I. The use of high frequency currents in mining. M. Nedra, 1967, p. 122-136 /.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения резонансной частоты датчика, т.к. Ее значение определяется визуально по амплитудно-частотной характеристике датчика на экране индикатора, а также невозможность его использования для автоматического контроля состава (влажности). A disadvantage of the known device is the low accuracy of determining the resonant frequency of the sensor, because Its value is determined visually by the amplitude-frequency characteristic of the sensor on the indicator screen, as well as the impossibility of its use for automatic control of composition (humidity).

Целью изобретения является автоматическое непрерывное дистанционное измерение влажности нефти с высокой точностью. The aim of the invention is an automatic continuous remote measurement of oil moisture with high accuracy.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционного измерения влажности, содержащее последовательно соединенные генератор управляемый напряжением, резонансный датчик и амплитудный детектор, а также блок индикации, микроконтроллер в качестве блока управления и обсчета данных, введены частотомер и цифроаналоговый преобразователь для управления частотой генератора подключенные к микроконтроллеру, а также последовательно соединенные элементы задержки и аналоговой памяти и компаратор, причем выход детектора соединен со входом элемента задержки и вторым входом компаратора, а выход компаратора соединен со входом микроконтроллера. This goal is achieved by the fact that in the device for remote humidity measurement, which contains a voltage-controlled oscillator, a resonant sensor and an amplitude detector, as well as an indication unit, a microcontroller as a control and data calculation unit, a frequency meter and a digital-to-analog converter for controlling the generator frequency are introduced to the microcontroller, as well as series-connected elements of the delay and analog memory and a comparator, and the output of the detector is connected n with the input of the delay element and the second input of the comparator, and the output of the comparator is connected to the input of the microcontroller.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 схема датчика, на фиг.3 временные диаграммы работы устройства. Figure 1 shows the structural diagram of the device, figure 2 the sensor circuit, figure 3 timing diagrams of the operation of the device.

Устройство содержит последовательно соединенные микроконтроллер (МК) 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, генератор управляемый напряжением (ГУН) 3, резонансный датчик 4, амплитудный детектор 5, элемент задержки 6, элемент памяти 7 и компаратор 8; микроконтроллер 1 подключен также к цифровому индикатору 9 и частотомеру 10. Резонансный датчик представляет собой колебательный контур, выполненный из катушки индуктивности 11, конденсатора 12, емкостных электродов 13 и двух катушек связи 14 и 15. The device contains a series-connected microcontroller (MK) 1, digital-to-analog converter (DAC) 2, a voltage-controlled oscillator (VCO) 3, a resonant sensor 4, an amplitude detector 5, a delay element 6, a memory element 7, and a comparator 8; the microcontroller 1 is also connected to a digital indicator 9 and a frequency meter 10. The resonance sensor is an oscillating circuit made of an inductor 11, a capacitor 12, capacitive electrodes 13 and two communication coils 14 and 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Микроконтроллер 1 по программе управляет через ЦАП 2 ГУН-ом 3 так, что на резонансный датчик подается частота изменяющаяся по ступенчатому закону от f_o до f_k с постоянным шагом Δf /фиг.3а/, Δf выбирается равной полосе пропускания колебательного контура.According to the program, microcontroller 1 controls through the DAC 2 the VCO-ohm 3 so that a frequency varying in steps from f _o to f _k with a constant step Δf / Fig.3a/ is applied to the resonant sensor, Δf is chosen equal to the passband of the oscillating circuit.

При ступенчатом изменении частоты ГУНа 3 от f $\binom{1}{o}$ до f $\binom{1}{i}$ где f $\binom{1}{i}$ = f $\binom{1}{o}$ + i•Δf /фиг. 3а/, на выходе амплитудного детектора 5 наблюдается кусочно-постоянный сигнал U $\binom{i}{д}$ /фиг.3б/, который поступает непосредственно на первый вход компаратора 8 и на последовательно соединенные элемент задержки 6 и памяти 7. С выхода элемента памяти 7 на второй вход компаратора 8 подается сигнал U $\binom{i-1}{д}$ Компаратор работает в режиме ключа. На его выходе формируется логический сигнал по следующему алгоритму:

Таким образом в момент времени t_i на выходе компаратора 8 появляется сигнал логической "1" /фиг.3в/.With a step change in the frequency of VCO 3 from f

\binom{one}{o}

to f

\binom{one}{i}

where f

\binom{one}{i}

= f

\binom{one}{o}

+ i • Δf / Fig. 3a /, at the output of the amplitude detector 5, a piecewise constant signal U

\binom{i}{d}

/ Fig.3b/, which goes directly to the first input of the comparator 8 and to the delay element 6 and memory 7 connected in series. From the output of the memory element 7, the signal U is applied to the second input of the comparator 8

\binom{i-1}{d}

The comparator is in key mode. A logic signal is generated at its output according to the following algorithm:

Thus, at time t _i at the output of the comparator 8 there is a logical signal "1" / 3v /.

МК 1 фиксирует момент времени t_i и запоминает значение частоты f $\binom{1}{p}$ = f $\binom{1}{i-1}$ в момент времени t_i-1 /фиг.3а/.MK 1 captures the time t _i and remembers the value of the frequency f $\binom{one}{p}$ = f $\binom{one}{i-1}$ at time t _{i-1 /} Fig.3a/.

Далее МК 1 устанавливает частоту ГУНа 3

/фиг.3а/ и цикл прогона по частоте повторяется. Здесь N число прогонов, которое выбирается из соображений получения заданной точности измерения резонансной частоты f_p.Then MK 1 sets the frequency of VCO 3

/ Fig.3a/ and the cycle of running in frequency is repeated. Here N is the number of runs, which is selected from the considerations of obtaining a given accuracy of measuring the resonant frequency f _p .

В результате после N прогонов в памяти МК 1 будет получен набор частот

по которым рассчитывается резонансная частота

Далее по известной функциональной зависимости Φ = Φ(f_p) МК1 определяется влажность Φ водонефтяной эмульсии и отображается на индикаторе 9.As a result, after N runs in the memory of MK 1, a set of frequencies will be obtained

by which the resonance frequency is calculated

Further, according to the well-known functional dependence Φ = Φ (f _p ) MK1, the moisture Φ of the oil-water emulsion is determined and displayed on indicator 9.

Заявленное устройство по сравнению с известными обладает следующими преимуществами:
в устройстве используется только цифровая обработка данных, что повышает его помехозащищенность;
схема устройства построена таким образом, что слежение (измерение) за влажностью осуществляется непрерывно;
датчик 4 с детектором 5 могут быть вынесены на расстояние до нескольких сот метров от измерительной и управляющей частей устройства; при этом длина соединительного кабеля не влияет на точность измерения влажности, т.к. Информационным параметром является не абсолютное значение сигнала с детектора 5 U $\binom{i}{д}$ а лишь знак разности (U $\binom{i-1}{д}$ - U $\binom{i}{д}$ )
показания устройства не зависят от температуры окружающей среды (водонефтяной эмульсии) в которой находится датчик 4.The claimed device in comparison with the known has the following advantages:
the device uses only digital data processing, which increases its noise immunity;
the circuit of the device is constructed in such a way that the tracking (measurement) of humidity is carried out continuously;
the sensor 4 with the detector 5 can be placed at a distance of several hundred meters from the measuring and control parts of the device; at the same time, the length of the connecting cable does not affect the accuracy of humidity measurement, as The information parameter is not the absolute value of the signal from the 5 U detector $\binom{i}{d}$ but only the difference sign (U $\binom{i-1}{d}$ - U $\binom{i}{d}$ )
the readings of the device do not depend on the ambient temperature (oil-water emulsion) in which the sensor 4 is located.

Для компенсации изменений параметров ЦАП 2 и ГУН 3 при длительной работе в устройство может быть введен частотомер 10, с помощью которого МК 1 периодически будет проводить калибровку тракта ЦАП ГУН, что уменьшит погрешность измерений влажности. To compensate for changes in the parameters of the DAC 2 and VCO 3 during prolonged operation, a frequency counter 10 can be introduced into the device with the help of which MK 1 will periodically calibrate the path of the DAC VCO, which will reduce the error of humidity measurements.

Claims

1. A device for remote determination of oil moisture, containing a series-connected voltage-controlled generator, a resonant sensor and an amplitude detector, a microcontroller for controlling the generator and data calculation and an indication unit connected to the output of the microcontroller, characterized in that a digital-to-analog converter is introduced into it, an element delays, an analog memory element and a comparator, while the input of the digital-to-analog converter is connected to the second output of the microcontroller, and the output to the input of the gene a voltage controlled oscillator, the output of the amplitude detector through a series-connected delay element and an analog memory element is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector directly, and the output of the comparator is connected to the input of the microcontroller.

2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a frequency meter, the input of which is connected to the output of the generator, and its output is connected to the second input of the microcontroller.