Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения электрофизических параметров нефти и ее компонентов

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частотных зависимостей полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов, в частности донных отложений в резервуарах для хранения нефти.

Из существующего уровня техники известен Патент на изобретение №2119156, опубл. 20.09.1998 г. «Устройство диагностики состояния нефтей по их активной электропроводности». Устройство содержит высокочастотный определитель электропроводности (на частоте 1 МГц) и низкочастотный определитель электропроводности (на частоте 1 кГц), с помощью которых поочередно снимаются показания из датчика с диагностируемой нефтью в диапазоне температур от 0°C до 50°C.

Недостатками известного устройства являются ограниченный выбор рабочих частот, низкая помехозащищенность. Указанные недостатки существенно ограничивают области применения данного устройства.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является Патент на изобретение №22009422, опубл. 27.07.2003 г. «Устройство диагностики состояния нефтей и продуктов нефтепереработки по их активной электропроводности и диэлектрической проницаемости». Устройство содержит перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, воздействующих на сенсор с диагностируемым веществом, и измеритель температуры. Сигналы от сенсора поступают в определители активной электропроводности и диэлектрической проницаемости. От измерителя температуры и от определителей данные поступают в микропроцессор и далее в банк данных. Окончательные результаты передаются на индикатор с возможностью вывода на компьютер.

Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность, особенно от электромагнитных полей, создаваемых от силового электрооборудования и от электрических сетей на кратных частотах промышленной частоты (50-60 Гц). Указанная особенность предопределяет необходимость тщательной экранировки сенсора с нефтью. Кроме этого, еще одним недостатком данного устройства является возникновение дополнительных погрешностей, связанных с неучтенными фазовыми сдвигами электрических сигналов в измерительной схеме.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании устройства, позволяющего оперативно, с высокой точностью и с высокой помехозащищенностью измерять частотные зависимости полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов.

Поставленная задача решается следующим образом. Заявляемое устройство содержит сенсор, представляющий собой измерительную ячейку, заполненную диагностируемым продуктом и снабженную измерителем температуры и двумя плоскопараллельными металлическими электродами, а также генератор синусоидальных электрических сигналов, напряжение с выхода которого подается на один из упомянутых выше металлических электродов сенсора. В отличие от известного устройства генератор синусоидальных электрических сигналов выполнен двухканальным с возможностью регулируемого фазового сдвига сигналов между каналами, при этом сигнал с первого выхода генератора электрических сигналов через измерительную ячейку с диагностируемым продуктом и через первый усилитель тока подается на аналоговый вход первого аналогово-цифрового преобразователя, цифровой код с выхода которого через интерфейс поступает в ПК. Кроме этого, второй выход генератора электрических сигналов подключен к эталонному резистору, сигнал с которого поступает на второй усилитель тока, усиливается и далее поступает на аналоговый вход второго аналогово-цифрового преобразователя, цифровой код с выхода которого через интерфейс поступает в ПК, на базе которого реализован виртуальный двухканальный анализатор сигналов. В совокупности с предлагаемыми выше отличиями в заявляемом устройстве эффект повышения точности, чувствительности и помехозащищенности достигается за счет реализованного программно в ПК синхронного детектирования цифровых сигналов (цифровых кодов), поступающих в ПК. При этом в качестве опорного сигнала для синхронного детектирования используется цифровой код, поступающий с выхода упомянутого выше второго аналогово-цифрового преобразователя. Измерение активной компоненты проводимости осуществляется при нулевом фазовом сдвиге сигналов на выходах двухканального генератора сигналов, а измерение реактивной составляющей проводимости осуществляется при 90-градусном фазовом сдвиге сигналов на выходах упомянутого генератора.

На фиг. 1 да общий вид установки устройства.

Устройство для измерения электрофизических параметров нефти и ее компонентов представляет собой установку, включающую в себя:

1 - двухканальный генератор электрических сигналов; 2 - сенсор, представляющий собой измерительную ячейку, заполненную диагностируемым продуктом и снабженную датчиком 11 измерителя температуры 10 и двумя плоскопараллельными металлическими электродами; 3 - эталонный резистор; 4, 5 - соответственно первый и второй усилители тока; 6, 7 - соответственно первый и второй аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); 8 - интерфейс связи первого и второго АЦП с ПК; 9 - ПК; 10 - измеритель температуры; 11 - датчик температуры.

Перед проведением измерений из резервуара хранения нефти отбираются пробы объемом порядка 15-50 мл, помещаются в измерительную ячейку и производятся исследования образцов на собранной установке. Измерения проводятся при длительной выдержке образцов при каждой заданной температуре для установления стабильных во времени электрофизических характеристик.

Два сигнала, которые формируют перестраиваемый генератор электрических сигналов 1, в виде синусоидальных напряжений с частотой f поступают соответственно на сенсор 2 и эталонный резистор 3. Токи i₁ (t, f) и i₂ (t, f), соответственно протекающие через сенсор 2 и эталонный резистор 3, затем поступают соответственно через усилители тока 4 и 5 на аналогово-цифровые преобразователи 6 и 7. Цифровые коды с выходов последних вводятся в персональный компьютер и обрабатываются с помощью программы "Двухканальный анализатор сигналов". Для повышения чувствительности и помехозащищенности используется синхронное детектирование сигналов цифровыми методами. Измерение температуры производится при помощи цифрового измерителя температуры 10, выносной датчик 11 которого опускается в исследуемый образец. Данные с измерителя температуры 10 выводятся на интерфейс связи АЦП с ПК.

Таким образом, заявленное устройство позволяет оперативно, с высокой точностью и с высокой помехозащищенностью измерять частотные зависимости полной электропроводности, ее активной и реактивной составляющих для нефти и ее компонентов, обладает простотой конструкции.