SU948299A3 - Денситометр - Google Patents

Description

. 1 . :

Изобретение относитс  к технике . измерени  парак((етров жидкости, содержаций твердые частицы, и может найти применение в денситометрах с дл  измерени  концентрации таких твердых частиц в жидкости, у который диаметры способны измен тьс  в за- j висимости от работы эг-1ульсификатора|

Известны денситометры дл  измёре о ни  концентрации твердых частиц в жидкой среде, содержащие источник света, фотоприемник и регистрации 1.:

, Однако поскольку частицы пробы jg жидкой среды распредел ютс  в ней по случайному закону, то трудно точ-г но измерить концентрацию или мутность пробы.

Дл  устранени  указанного недос- 20 татка пробу жидкой среды взбалтывают с помощью ультразвукового эмульсификатора так, чтобы получить равномерное распределение частиц и затем оптически измери;ть концентрацию 25 или мутность пробы жидкой среды.

, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  в1л етс  денситометр, содержащий оптически св занные источник света,

 чейку с ультразвуковым эмульсифика:тором , фотоприемник, а также первую вычислительную схему с двум  входами , схемы преобразовани  и регистрации , переключатель, установленный между ультразвуковым эмульсификатором и первой вычислительной схемой 2J.

Известный денситометр обладает низкой точностью, так как в нем отсутствуют средства дл  нормировани  измер емой величины мутности или концентрации .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Claims (2)

1. Указанна  цель достигаетс  тем, что в известный денситометр, содержащий оптически св занные источник света,  чейку с ультразвуковым эмульсификатором , фотоприемник, а также последовательно соединенные усилитель , фильтр, первую вычислительную ; схему с двум  входами, схемы преобразовани  и регистрации, переключатель;, установленный между ультразвуковым эмульсификатором и первой вычислительной схемой, введены схема синхронизации , с переключателем, содержаща  схемы формировани  импульсов, инвертор, по две релейных, стробирую щих к одноходных схеглы, и втора  вы числительна  схема, содержаща  по две стробирук цих, блокирующих схемы сумматор, на выходе которого устано лен делитель, при этом в схеме синх ронизации выход схемы формировани  импульсов соединен со входом одной релейной схемы через инвертор, -а. со входом другой - непосредственно, выходы релейных схем соединеныс пер выми входами стробирующих схем и вхо дами одноходовых схем, вторые вХоды стробируюадах схем соединены с выходом фильтра, а выходы стробирующих схем соединены со входами первой вычислительной схемы, а выходы одно ходовых схем соединены с первыгвд входами стробирующих схем второй вычислительной схемы, вторые входы стробирующих схем второй вычислитель ной схемы.соединены с выходом первой вычислительной схемы, выходы стробирующих схем второй вычислительной схемы соединены со входами блокирующих схем второй вычислительной схемы выходы которых соединены со входами сумматора второй вычислительной схемы , а выход делител  сумматора соеди нен со входом схемы преобразовани . На фиг, 1 представлена блок-схема денситометра .с проточной  чейкой и ультразвуковым эмульсификатором; на фиг, 2 - блок-схема электронной части денситометра) на фиг. 3 - некоторые характерные сигналы при рабо те денситометра на фиг, 4 и 5 блок-схемы вариантов первой вычислительиой схемы, на фиг. 6 - рабочие характеристические кривые денситомет ра; на фиг. 7 и 8 - прочие  чейки (кюветы), которые могут использовать с  в денситометре. Денситометр содержит цилиндрическую оптическую  чейку 1, выполненную .из стекла (фиГ,), через которую проходит эмульгированна  проба жидкости . Одна проба жидкости содержит нефтепродукты, диаметр частиц которых мал, тогда как друга  проба жидкости содержит нефтепродукты, диамет частиц которых велик. Свет, излучаемый источником 2, представл ющем собой ксеоиовую лампу, падает на коллиматор 3, который предназначен дл  преобразовани  пучка света впараллельный пучок, который проходит через оптическую  чейку 1, и детектируетс  фотоэлектрическим приемником 4, К эмульсификатору 5 ультразвукового типа подвод т электрическую Энергию двух величин, при этом созда ют два потока жидкости А и В, сдвинутые по времени, Причем проба жидкости А содержит частицы небольшого диаметра, а проба жидкости В содержит частицы большего диаметра. Электрическа  энерги  прикладываетс  к ультразвуковому эмульсификатору 5 периодически через переключатель 6 от источников 7 и 8 электрической энергии. Переключатель б срабатывает от сигналов генератора 9 , который включаетс  и выключаетс  с посто нной частотой. Источники 7 и 8 высокой и низкой электрической энергии возбуждают магнитостриктор 10. Ультразвуковой эмульсификатор 5 снабжен каналом. 11 охлаждени , через который подаетс  охлаждающа  вода к магнитостриктору 10 дл  предотвращени  перегрева последнего . Колебани , создаваег/пле магнитостриктором 10, передаютс  на излучающее тело 12, которое находитс  в ; контакте с жидкостью, смешанной с нефтью. Испытуема  жидкость (вода) подаетс  через трубопровод 13 и зазор между наклонным трубопроводом 14 дл  конвергенции про.бы жидкости и излучающим телом 12 в полость 15, в которой проба воды подвергаетс  вторичному эмульгированию и затем непрерывно подаетс  в оптическую  чейку 1. Между излучающим телом 12 и полостью 15 вставлена тонка  мембрана 16, котора  служит дл  предварительного эмульгировани  пробы жидкости . По трубке 17 подачи пробы с nqcТо нной скоростью с помощью ножа 18 подаетс  нефтесод ржаща  жидкость, вз та  из основного трубопровода (не показан). Эта жидкость затем подаетс  по трубопроводу к эмульсификатору 5, в результате действи  которого возникает проба жидкости А, возбужденна  электрической энергией высокого уровн  и проба жидкости В, возбужденна  электрической энергией низкого уровн  Pfj, которые поочередно проход т через оптическую  чейку 1. Пробы жидкости Л и В освещают монохроматическим светом, проход щим через оптическую  чейку 1, и попада ют на электровакуумный фотоприемник 4, выходной сигнал которого усиливаетс  усилителем 19 и затем подаетс  на первую вычислительную схему 20, на которую также поступает синхронизирующий сигнал с переключател , б через синхронный переключатель 21 и схему 22 обработки синхронизирук цего сигнала. Синхронный переключатель 21 и перекидной переключатель 6 привод тс  в действие от выходных сигналов генератора 9. Перва  вычислительна  схема 20 вычисл ет логарифм изменени  двух сигналов мутности, полученных с помощью электрических энергий различных уровней. Дл  того, чтобы знать истинную концентрацию нефти, выходной сигнал первой вычислительной схемы 20 подаетс  на вторую вычислительную схему- 23, котора  вычисл ет среднее значение выходных сигналов с первой вычислительной схемы 20, Выходной сигнал, пропорциональный концентрации частиц в жидкости, подч1етс  через схему 24 преобразовани  сигнала на устройство . 25 записи (самописец), который записывает измер емый сигнал концентрации . На фиг. 2 показаны усилитель 26, фильтр 27, вычислительна  схема 20, состо ща  из схем 28 и 29 блокировку схемы делени  30, схемы 31 логарифмического преобразовани  и схег/щ 32 умножени . Во вторую вычислительную схему 23 вход т стробирук ца  схема 33, первые .входы которой соединены с выходом первой вычислительной схе:мы 20, а выходы - со схемами 34 и 35 блокировки, выходы KOTOpfcJx соединена через сопротивлени  с сумматором 36 Выход сумматора 36 соединен через делитель 37 со входом схемы 24 преобразовани , состо щей из суммирующей схемы 38 и схемы 39 преобразовани  напр жение-ток. Схема 22 синхронизации состоит из переключател  21 расположенного перед входом схемы 40 формировани  импульса j, работакщий от переключател  21. Выход схег/ы 40 формировани  импульса соединен со входами двух релейных схем 41 и 42, при этом к одной из них соединение осуществлено через инвертор 43, а к другой непосрЗдственно. Выхода релейных схем 41 и 42 соединены с первы1«1и входами стробирующих схем 44 и 45, вторые входы которых св заны с выходом фильтра 27. Б свою очередь , выходы релейньк схем дополн тельно соединены со входс1ми одноходовыэс схем 46 47, выходы которых соединены со в- орыми входами стробирующих схем 33 второй вычислительно схемы 2-3. На фиг., 4 и 5 изображены различные варианты первой вы-1ислительной схемы 20, где соответственно 48 схема отношени  логарифмов, 49 и iSO - предусилители, 5. и 52 - логЭ рифмические преобразователи. На фиг. 7 и 8 представлены вариан ты проточных  чеек 53 и 54 дл  двухлучевых оптических измерительных схем, враадакадеес  эоркало 55, играющее роль делител  и модул тора, зеркало 56-59 и  чейки 60 и 61. Денситометр работает следующим образом. Если на нефтесодержащую жидкость подаваемую насосом 18 под посто нным давлением, воздействовать электрической энергией с большим уровнем P-t , то в течение начального периода частица Нефти раздел етс  на большое число мелких частиц. При этом свет, проход щий через оптическую ггчейку, будет пересекать большое количество частиц. В результате этого интенсивность передаваемого света, воспринимаемого фотоприемником 4, через t. секунд уменьшаетс  от первого состо ни  It (1) до следующего устойчивого состо ни  It (1). Затем перекидным переключателем 6 подаетс  электрическа  энерги  низкого уровн  Р от источника 8 к эмульсификатору 5. В результате, этого частица нефти диспергируетс  в. виде частиц, имеющих относительно больший диаметр по сравнению с частицей нефти, диспергированной в жидкости при действии электрической энергии высокого уровн  Р от источника 7. В результате через t «2 секунд интенсивность передаваемого света становитс  боль-, ше и достигает следук цего устойчиво- го состо ни  It (2). В этом случае создаетс  временна  задержка между сигналами, при этом сохран етс  соотношение t.,, ti2 to. При изме эени х используетс  условие равенства периодов переключени  уровней энергии 5 5(2 S, которые равны 3с. Если концентраций нефти в воде известна, то интенсивность света измен етс  волнообразно между It и It . Пусть величина концентрации нефти составл ет X, а концентраци  сус- i пензированных твердых составл ет у, тогда интенсивность It(x) и lt(x) света, прошедшего через кювету,- cor ставл ют-(Лд.р:,, . It(x) К-1о-г-10 , (1) . ItCx) K-IO- -IO- : (2). где d и oi - коэффициенты пропорцисг- нальности, оценивающие степень эмульгировани  проб А и В/ К и К параметры , определ емые загр знением  чейки (кюветы) или окраской пробы жидкости , (i и ,р - коэффициенты пропорциональности , определ емые конфигураци гли суспензированных твердых частиц; IQ интенсивность падак цего света. Параметры К и К завис т от качества оптической  чейки 1, через которую проход т пробы жидкости А и В. Коэффициенты пропорциональности ft   ftV определ игас  .суспензированными твердыми частицами у, по существу К К , Э Э . Коэффициенты пропорциональности и ct указывают :на разницу между эмульгированием соответственно при воздействии электрической энергии высокого и низкого уровней Р , Pij. Соотношение между двум  значени I4K интенсивностей светового излучени  It(x) и It(x) может быть определено из уравнений (1) и (2): |..t(x) 10 Tt{xy . Таким образом, где ло1 d. - oL . Если степень эмульгировани  нефти достигаема  с помощью электрической энергии, подаваемой на эмульсификатор 5, задаетс  и корректируетс  по известной величине заранее, то-коэффициенты пропорциональности,.ука . занные выше, станов тс  известными величинами. В этом случае дй  двух проб, эмульгированные состо ни  .которых .различаютс  между собой, соотг ношение между двум  измеренными интенсивност ми световых излучений It(у) и It(х) может быть определено и концентраци  нефти может быть легко измерена. -:. Когда переключатель 21 замкнут, возбуждаетс  синхронизирующий сигнал в схеме 39 (фиг.2). Этот сигнал.поступает на схемы 41 и 42 формировани  импульсов, приЭТОМ на схему 41 сигнал синхронизации поступает чере инвертор 43, а на схему 42 непосред ственно, Схемы 41 и 42 генерируют импульсы заданной длительности с за держкой S t. Прин тые световые сигналы интенсивностью It, It проход т через усилитель 26 и фильтр 2 на стробирующие схемы 44 и 45 соответственно одновременно с синхронизирующими импульсами со схем 41 и 4 Сигналы синхронизации поступают так же через .одноходовые схемы 46 и 47 на входы стробирующих схем 33 второ вычислительной схемы 23. Сформированные схема1ми 44 и 45 импульсные сигналы поступают на вхо ды схем 28 и 29 блокировки первой вычислительной схемы 20. Одноходовы схемы 46 и 47 задерживают электрические сигналы, пропорциональные It It 5 на 50 мс. Перва  вычислительна  схема 20 анализирует оба сигнала, несущих информацию о концентрации пробы и возникающих в результате эмульсификации пробы двум  уровн ми электрической энергии. Эти сигналы поступаю далыие на делительную cxer/iy 30, сигнал с которой поступает на логарифмический преобразователь 31 и далее а-схему 32 умножени . Схему уг/вдожени  32 умножает сигнал в 1/до1 по уравнению (3) и приводит шкапу концентраций с делени м от О до 200 В сгоответствие со шкалой напр жений ,фт О до 4 В. Таким образом, эта схема осуществл ет операцию масштабировани . Сигналы с первой вычислительной схемы 20 поступают на входы стробИрующих схем 33. На вторые входы этих схем поступают периодические импульс ные сигналы синхронизации со схемы 2-
2. 2., С выходов стробирующих схем 33 (сигналы поступают на схемы 34 и 35 блокировки. Поочередность работы схем 34 и 35 осуществл етс  схемой 22 синхронизации, котора  вводит в рабочий синхронный режим вычислительные схемы 20 и 23. Выходные сигналы со схем 34 и .35 подаютс  через ре- зисторы (не обозначены) на вход суммирукидей схемы 36, работающей в качестве фильтра. Выходной сигнал суммирующей схемы делитс  делителем 37пополам. Сумг 1ирующа  схема 38 снабжена усилителем, на который подаетс  выходной сигнал в диапазоне ; от О до 4 В и напр жение смещени  со схемы смещени  (не показаны). Выходной сигнал с суммирующей схемы 38 подаетс  на схему 39 преобразовани  напр жение-ток и преобразуетс  в сигнал, от 4 до 20 мА. JUiH лучшего понимани  работы схемы обработки параметр К, коэффициент и интенсивность света IQ принимаютс  соответственно К 1, t 1, 1(3 - 10. На фиг. б показаны характеристические кривые различных участков схем обработки сигнала мутности в случае, когда концентраци  пробы жидкости , измен етс  в функции времени. Если концентраци  пробы жидкости увеличиваетс , то фотоэлектрический ток, имеет форму, показанную на фиг.ба. На фиг.ба форма огибающей It соответствует воспринимаемой интенсивности в тот момент, когд-. эмульсификатор 5 возбуждён электрической энергией низкого уровн , а форма огибающей It соответствует интенсивности, когда эмульсификатср 5 возбуждаетс  электрической энергией высокого уровн . Величина измеренного сигнала усиливаетс  усилителем 26. Если электрическа  энерги  высокого уровн , возбуждающа  эмульсификатор-5, измен етс  на электрическую энергию низкого уровн , возбуждение происходит через промежуток времени задержки пиковой величины It (1) соответствующей концентрации. Поскольку эмульсификатор. 5 возбуждаетс  электрической энергией низкого уровн , интенсивность падающего света достигает величины огибающей It . Чере:з промежуток S с интенсивность воспринимаемого света достигает величины огибающей It . В этот момент схема переходит в провод щее состо ние и пикова  величина It (1) задерживаетс  конденсатором схемы 29 блокировки. Затем змульсификатор 5 возбуждаетс  вновь электрической энергией высокого уровн , интенсивность поступающего света достигает величины It (2), и схема вновь становитс  провод щей, а пиковое значение велдчины It (2) испытывает задержку .Эти операции в процессе p iботы повтор ютс . Как показано на фиг.бв, схема 28 блокировки осущест л ет выборку пиковых величин It (1) It Г), It (3).., каждаае 2S с, и сх ма 29 блокировки сигнала It задерживает пиковые значени  It (1), It С2) , It (3)... Выходные сигналы со схем 28 и 29 блокировки подаютс  через делительную схему 30 и схему логарифмическо го преобразовани  на умножительную схему 32. В результате этого на выходе первой вычислительной схемы 20 возникает сигнал концентрации х неф ти в функции временного интервала S с, (Фиг.бс). . . -. , jf 40 Х10ЬО, JLgdcs t Ad jiia) , f 3V(g) (Хщ5) ...... (4) Фиг,бс показывает изменени  концентрации пробы жидкости. С-гупенчатое быстрое изменение сигнала приво дит к пр моугольной форме сигнала с большой аьшлитудой, что затрудн ет выделение истинной концентрации. В случае измерен   медленно мен ющего с  сигнала пробы жидкости выходной сигнал первой вычислительной схемы 20 может быть тгод;ан через схему 24 преобразовани  Ъигйала, мину  вторую вычислительную схему 3 к регкс . ратору 25, который показывает иди .записывает измер емую концентрацию. Вообще при измерении быстро или cty пенчато измен ющейс  копцентрацик пробы жидкости,- выходной сигнал пер вой Еычислительной схемы 20 подаётс  на вторую вычислительную.схему 23, котора  усередн ет сигнал кондёнтрации , полученный первой вычислительнсй схемой 20, что св зано с тем, что харгистерпстика фильтра сумматора подобрана таким образом чтобы получать путем вычислени  истинный сигнал концёнтрадии. Стробирующа  схема 33 второй вычислительной схемы 23 поочередно подает выходной сигнал с первой вычислительной схемы 20 через каждые S с на схемы блокировки. В этом слу чае стробирующий импульс вентильных схем составл ет около 10 мс и выход ной сигнал одноходовых схем составл ет величину по длительности пор дка 50 мс. Эти стробирующие сигна лы и выходные импульсы одновременно возникают и подаютс  на первую и j вторую вычислительную схемы 20 и 23 соответственно. В результате этого, концентраци  х нефти, определ ема  уравнением (4),распредел етс  на каждую из схем 34 и 35 блокировки второй схемы вычислени  каждые 2 с: схема блокировки сигнала ), x{3), х(5), x(7)v..;,схема блокировки сигнала (2) ,хС4) , х(6) , х(8). ... В суммирующей схеме 36 два выходных сигнала со схем 34 и 35 ; блокировки сунФетруютс , В этом случае выходной сигнал суммирующей схё-г мы подаетс  обратно через резистор : и конденсатор на инверсный вход усилител , переводит суммирующую схему 36 в режим фильтра, имеющего посто нную времени ( , котора  равна приблизительно 3 с. Таким образом завершаетс  операци  усреднени  сигнала второй вычислительной схемой 23. Така  операци  усреднени  вызывает по вление выходных сигналов на выходе второй вычислительной схемы 23, которые следуют за быстрыми изменени ми кон- центрации нефти (фнг.6d). Кроме того , поскольку суммирующа  схема 36 действует как фильтр, то регистри«руетс  истинное значение концентрации нефти. Дл  того, чтобы согласовать передачу выходного сигнала первой и второй вычислительной cxei-i 20 и 23 на индикатор, к суммирующей схеме схемы 24 преобразовани  сигнала добавлены опорное напр жение со схемы смещени  и схема преобразовани  напр жение-ток (не показаны). . Схемы обработки сигнала мутность концентраци  (вычислительные схемы) могут быть различны. Например, на фиг.,4 показан другой вариант выпал- г нени  первой вычислительной схемы 20;. Выходной сигнал -с фотоприемника 4 i прикладалваетс  через усилитель 19 к схеме 31 логарифмического преобразовани , котора  преобразовывает входной сигнал в сигнал пропорциональной логарифму. Схема 22 обработки сигна-, ла синхронизации приводитс  в действие перекидным переключателем 21, i который управл ет схемами 34 и 35 блокировки. Дальше оба логарифма log It и log It подаютс  на схему вычитани  (не показана), выходной сигнал с которой прикладываетс  ко второй вычислительной схеме. 23. На фиг. 7 и 8 показаны два видоизмененных варианта конструкции оптической  чейки f на фиг. 7 - оптические  чейки, соединенные параллель.но , а на фиг. 8 - оптические  чейки, соединённые последовательно. На фиг, 7 обе оптические  чейки : 53 и 54 снабжены отвод щими трубками 13. Эти отвод щие трубки соединены С трубопроводом 17. Передаваемые све товые пучки So и Se, .проше,тггае через эмульгированную пробу жидкостей А и В, измер ютс  оптической системой. ;В оптической системе свет излученный источником 2, делитс  вра1вда1ощимс  зеркалом 55 на два световых пучка которые направлжотс  двум  жестко установленными зеркалами 56 и 57 на оптические  чейки 53 и 54 Световые пучки, прошедаше через оптические  чейки, падают на другие жестко уста новленные смесительные зеркала 58 и 59 и, отража сь от них, падшэт на /фотоэлемент 4, который детектирует световые скгнгшы Sci и SB. В этом варианте денситометра вычп лительные схемы 20 и 23 управл ютс  синхронизируюьщми сигналами, полученныг/ш с вращакицегос  зеркала 55. Если зеркало 55 вращаетс  с высокой скоростью, то можно опустить вторую вычислите ь ную схему 23. На фиг. 8 показаны эмульсификаторы 5, оптические  чейки 0 и 61/ Соединенные последовательно. Оптичей кие  чейки 60 и 61 расположены параллельно между собой. Световые излу чени , non eittmie от двух источнико а света, падают на оптические  чеЙкиУ а прошедшее через них световое из/лучение So. и. S6 попадае т на фотоэлементы , которые работают автономно. Таким образом, предлагаемый денситометр с различными вариантами вычислительных схем позвол ет повысить точность измерений. Формула изобретени  Денситометр, содержащий оптически св занные источник света,  чейку с ультразвуковыгл эмульсификатором,. ФотЬприемник, а также последовательно соединенные усилитель, фильтр, первую вычислительную схему с двум  i

   000

   Я входами, схемы преобразовани  и регистрации, переключатель, установленный между ультразвуковым эмульсификатором и первой вычислительной схемой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений , в него дополнительно введены схема синхронизации с переключателек4, содержаща  схемы формировани  импульсов , инвертор, по две релейных, стробирук оих и одноходових схемы, и втора  вычислительна  схема, содержаща  по две стробируквдих, блокирующих схемы , сумматор, на выходе которого установлен делитель, при этом а схерле синхронизации выход .схемы формировани  импульсов соединен со входом одной- релейной схемы через инвертор, а со входом другой - непосредственно, выходы релейнлх схем соединены с первыми входами стрсбирукидих схем и входаш1 бдноходовых схем, вторые входы . стробирующих схем соединены с выходом фильтра, а выходы стробирующих схем сое;г(инень1 со входами первой вычислительной схемы, выходы одноходовых схем лзоедннены с первьми входами стробирующих схем второй вычислительной схемы, вторые входы стробирующих схем йвторой вычислительной схемы со-; единены с выходом первой вычислительной схемы, выходы стробарующих схем второй вычислительной схемы соединена со входами блокирующих схем второй | вычислительной схемы, выходы которых соединены со входами сумматора второй вычислительной схемы, а выход делите л  сумматора соединён со входом схемы преобразовани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США №3704950, кл, 356-73, опублик. 1972. 2,Патент США.№5704950, ;кл. G 01 J 1/04, опублик. 1975 (прототип ) .

   -и-11и Jи

   . рГ 3 JJ T7

   Jtd) Л(г) Jfd) lifs) ltY3} jif«)

   фигЗ

   li

   К

   yf

   JP

   0uf.S

   fffOPPm

   L

   .«

   Ш1

   ffPPm fBOPPm

   Xfj)

   x(o) xft) х(г)

   Й

   OPPr

   -.Tri

   JO

   fOV

   je(x)

   7.27

   7.ff«

   n(x)

   383

   0 10

   70Ц

   ifM

   3fO

   , toy I

   wго

   еЧ.5гfO5.959J3

   1

   gg ШЗ -

   It{X)

   JtM

   ( 3.4 Ъ.Ш г.№

   1 гм

   -T-i.

   r.m

   СЖ

   t f J ь I

   fi/JJ

   If

   W

   фиг.В