Исследование и разработка прецизионного плотномера жидкостей и газов на основе камертонного вибропреобразователя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Зацерклянный Олег Владимирович

• Зацерклянный Олег Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Зацерклянный Олег Владимирович

Введение

Глава 1 Современные промышленные плотномеры жидкостей и газов. Особенности вибрационных плотномеров

1.1 Методы измерения плотности жидкостей и газов

1.2 Принцип действия и примеры реализации вибрационных плотномеров

1.2.1 Принцип действия и примеры реализации проточных

вибрационных плотномеров

1.2.2 Принцип действия и примеры реализации погружных

вибрационных плотномеров

1.3 Способы электрического возбуждения и измерения параметров колебаний вибраторов в вибрационных плотномерах

1.3.1 Способы электрического возбуждения колебаний

в вибрационных плотномерах

1.3.2 Преобразование механических колебаний вибраторов

в электрический сигнал

1.4 Параметры измеряемой среды и дополнительные

погрешности измерения

Выводы к главе

Глава 2 Исследование и разработка системы возбуждения и измерения параметров колебаний ВПП

2.1 Обзор методов возбуждения колебаний ВПП

2.2 Обзор методов измерения параметров колебаний ВПП

2.3 Разработка системы возбуждения и измерения параметров

колебаний ВПП

2.3.1 Конструкция пьезоактюатора

2.3.2 Выбор пьезоматериалов для различных исполнений ВПП

2.3.3 Практическая реализация ВПП с применением различных ПКМ

Выводы к главе

Глава 3 Вибрационный преобразователь плотности камертонного типа

3.1 Построение математической модели вибропреобразователя

3.1.1 Камертонный вибропреобразователь. Аналитическое решение

3.1.2 Построение модели реального камертонного преобразователя в ЛШУБ

3.2 Исследование модели камертонного преобразователя в ЛШУБ

3. 3 Разработка экспериментального образца камертонного преобразователя

3.3.1 Методы снижения влияния температуры на погрешность измерения

3.3.2 Разработка алгоритма автоматической компенсации влияния температуры среды на погрешность измерения плотности

3.3.3 Разработка и исследование новой модели камертонного преобразователя

Выводы к главе

Глава 4 Экспериментальные исследования работы разработанного ВПП камертонного типа в жидкостях различной плотности, вязкости и температуры

4.1 Особенности измерения плотности жидкостей и газов

с помощью погружных вибрационных плотномеров

4.2 Оборудование для проведения лабораторных испытаний ВПП

4.2.1 Стенд для калибровки и измерения плотности чистых газов

4.2.2 Стенд для калибровки и измерения плотности жидкости

с непрерывным перемешиванием (жидкостный термостат)

4.2.3 Стенд для калибровки и измерения плотности при помощи

статичных жидкостей-компараторов

4.2.4 Стенд для калибровки и измерения плотности жидкостей

с различной скоростью потока

4.3 Экспериментальное исследование характеристик базового и нового экспериментального ВПП, а также разработанного

на его основе погружного вибрационного плотномера

4.4 Описание разработанного плотномера и анализ испытаний в реальных условиях эксплуатации

Выводы к главе

Заключение

Список литературы

Приложение А Протоколы испытаний ВПП в диапазоне температур

от минус 70 до 400 оС с различными ПКМ

Приложение Б Оборудование и средства измерений

Приложение В Описание БИК, методика и протоколы

испытаний плотномера

Приложение Г Акты об использовании результатов работы

Приложение Д Патент на полезную модель

Введение

Актуальность исследования. Измерение плотности жидкостей и газов проводится в том или ином виде практически во всех областях хозяйственной деятельности. Для этих целей применяются как лабораторные средства измерений, так и приборы, устанавливаемые непосредственно в производственных линиях и являющиеся частью систем автоматизации и управления технологическими процессами - промышленные плотномеры. Наиболее актуальными направлениями в развитии промышленных плотномеров можно считать добычу, транспортировку и переработку нефти и газа, а также химическую и пищевую промышленности, где предъявляются жёсткие требования к точности и стабильности измерений в расширенном диапазоне температур, давлений и вязкостей, начиная от измерения плотности скважинных флюидов при давлении до 120 МПа и заканчивая производством нефтепродуктов при критически высоких температурах до 400 оС. Так как учёт нефти и нефтепродуктов ведётся в единицах массы, то согласно ГОСТ 8.589-2007 погрешность измерения плотности не должна превышать

-5

± 0,36 кг/м , что соответствует относительной погрешности не более ± 0,055 %. Из существующих промышленных плотномеров подобная точность достигнута только в устройствах, основанных на использовании механических систем со стабильными частотными характеристиками. В сравнении с другими, вибрационные плотномеры обладают более высокими эксплуатационными и метрологическими характеристиками, а также не требуют определения компонентного состава жидкости и газа.

В настоящее время для этих целей в основном применяются плотномеры 7835 и 7829 (Solartron, Великобритания), CDM и FDM (MicroMotionInc., США) и LiquiphantMDensity (Endress+Hauser, Германия). Несмотря на большое разнообразие предложенных схем и конструкций вибрационных промышленных плотномеров в России производится лишь два их вида, это Плот-3 (ЗАО «Авиатех», г. Арзамас) и 804 (ООО «Пьезоэлектрик», г. Ростов-на-Дону). Плот-3 применятся толь-

ко для неагрессивных жидкостей с максимальной температурой не выше 150 оС и давлением 6,3 МПа. Плотномер 804 обладает относительно невысокой погрешно-

-5

стью (± 0,5 кг/м ) и предназначен для работы в сравнительно узком температурном диапазоне (от минус 70 до 85 оС). Поэтому существует необходимость в разработке и производстве новых отечественных промышленных средств автоматического измерения плотности, отвечающих современным требованиям.

Одними из основных направлений совершенствования прецизионных промышленных плотномеров являются создание новых вибрационных преобразователей плотности (ВПП) с высокой чувствительностью к измеряемому параметру и стабильностью в широком диапазоне температур и другого внешнего воздействия. При этом наиболее важными научно-техническими задачами, требующими решения, являются снижение влияния неизмеряемых параметров среды на результат измерений плотности. Решение этих задач связано с разработкой новых моделей вибропреобразователей, совершенствованием систем возбуждения и измерения параметров колебаний на основе пьезопреобразователей из различных пьезокерамических материалов (ПКМ), а также разработкой новых систем и алгоритмов компенсации влияния температуры, вязкости, давления, скорости потока и других параметров измеряемой среды.

Степень разработанности. Теоретические и практические положения, касающиеся разработки пьезоактюаторов, пьезодатчиков и преобразователей информативных параметров, изложены в трудах российских и советских учёных: В.М. Шляндина, Е.А. Ломтева, Е.П. Осадчего, Б.В. Малова, Е.А. Мокрова, А.Е. Панича, М.В. Богуша, В.А. Волкова, Р.Г. Джагупова, П.П. Чуракова, зарубежных учёных: А.А. Вайвза, У. Кэди, У. Мэзона, К. Стейнем, А. Яншофа, Б. Яффе, Г. Яффе и др.

В области частотных преобразователей плотности наиболее заметными являются работы Ю.П. Жукова, в которых предлагается вариант теоретического обоснования и применения вибрационных преобразователей для контроля плотности жидкостей. Проведенный в ходе исследований анализ показал, что в литературе практически отсутствует метрологический анализ ВПП, недостаточно ис-

следованы их статические и динамические характеристики при воздействии различных внешних факторов, имеющих место в условиях промышленной эксплуатации и в значительной степени влияющих на их метрологические характеристики.

Объектом исследования являются промышленные измерители плотности жидкостей и газов, эксплуатируемые в составе систем автоматики и управления.

Предметом исследования являются прецизионные погружные вибрационные плотномеры жидкостей и газов.

Цель исследования. Теоретическое и экспериментальное исследование вибрационного преобразователя плотности и разработка на его основе промышленного погружного плотномера для непрерывного автоматического прецизионного измерения плотности жидкостей и газов в расширенном диапазоне вязкостей и температур.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ существующих систем возбуждения ВПП и параметров применяемых пьезопреобразователей для выработки требований к разработке эффективных плотномеров с расширенными техническими характеристиками.

2. Разработка модели ВПП в системе конечно-элементного анализа АШУБ для выбора оптимальных решений при реализации плотномера с требуемыми характеристиками.

3. Исследование характеристик ВПП при использовании различных ПКМ для обеспечения максимальной эффективности актюаторов и датчиков вибрации в средах с высокой вязкостью, а также обеспечения максимально возможного для современных ПКМ температурного диапазона измерений плотности.

4. Исследование влияния температуры и вязкости измеряемой среды на характеристики ВПП и разработка алгоритмов автоматической компенсации дополнительных погрешностей измерения определяемых этим влиянием.

5. Исследование метрологических характеристик ВПП в различных измеряемых средах и условиях эксплуатации, в том числе чистых газах и жидкостях, а

также нефти и нефтепродуктах в условиях лаборатории и при добыче, хранении, переработке и транспортировке.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы математического и численного моделирования, методы приближения функций, теории погрешностей, конечно-элементного анализа, методы обработки электрических сигналов, методы теории электрических цепей, теории колебательных процессов. При описании моделей применялись основные законы термодинамики, теории теплопроводности и теории электротехники. Моделирование проводилось в системе конечно-элементного анализа ЛШУБ.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами математического анализа, компьютерным моделированием, публикациями, патентом, апробацией работы на международных и всероссийских научно-технических конференциях, а также экспериментальными исследованиями в лабораториях и на промышленных объектах.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана и экспериментально подтверждена модель ВПП в системе конечно-элементного анализа ЛШУБ, позволившая выявить конструктивные элементы ВПП, оказывающие критическое влияние на погрешность измерения, и выработать решения для достижения требуемых параметров точности.

2. Разработан метод калибровки вибрационного плотномера, отличающийся тем, что вместо трёх жидкостей с известной плотностью применяются две среды с известной плотностью, одной из которых может быть воздух, а другой любая жидкость. В основе метода лежит представление зависимости плотности измеряемой среды от периода колебаний камертонных ВПП полиномом второй степени с нулевым линейным членом.

3. Разработан алгоритм автоматической компенсации влияния температуры среды на погрешность измерения плотности, отличающийся тем, что в качестве термокомпенсируемого параметра принимается период колебаний ВПП и ка-

либровка влияния температуры производится в вакууме до калибровки плотномера по плотности.

4. Разработан алгоритм автоматической компенсации влияния вязкости среды на погрешность измерения плотности погружного вибрационного плотномера, позволивший увеличить максимальный предел вязкости сред доступных для измерения до 1000 сПз.

5. Исследованы характеристики ВПП при использовании различных ПКМ, что позволило выявить современные ПКМ, обеспечивающие максимальную чувствительность актюаторов и датчиков вибрации для измерения плотности вязких жидкостей, а также обеспечить максимально возможный температурный диапазон измерений плотности. Создан ВПП с рабочей температурой 400 оС из ПКМ на основе твердых растворов висмутсодержащих соединений.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Разработана и экспериментально подтверждена модель ВПП в системе конечно-элементного анализа АШУБ, которая позволяет выбирать необходимые решения при проектировании погружного вибрационного плотномера с требуемыми характеристиками.

2. Выявлены конструктивные элементы ВПП, оказывающие критическое влияние на погрешность измерения погружного плотномера и выработаны решения по снижению этого влияния. Решения подтверждены патентом РФ на полезную модель.

3. Предложен метод калибровки вибрационного плотномера по двум средам с известной плотностью, который позволяет снизить трудоёмкость калибровки в заводских условиях и проводить определение коэффициентов преобразования периода колебаний в значение плотности непосредственно на месте эксплуатации.

4. Разработанные алгоритмы компенсации влияния неинформативных параметров контролируемой среды (температуры и вязкости) и применение новых ПКМ позволили снизить погрешность измерений в два раза в диапазоне температур от минус 70 до 85 оС и увеличить верхнюю границу диапазона температур из-

меряемых сред с 280 оС до 400 оС. При этом увеличен максимальный предел вязкости сред, доступных для измерения плотномером до 1000 сПз.

5. Основные результаты и выводы диссертационного исследования использованы при разработке серийных образцов вибрационных плотномеров нефти и других жидкостей.

Создан отечественный плотномер на уровне лучших зарубежных образцов, который прошёл испытания на утверждение типа во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» и получил требуемые сертификаты на применение в жёстких условиях промышленной эксплуатации.

На защиту выносятся:

1. Модель ВПП в системе конечно-элементного анализа ЛШУБ, позволившая выявить конструктивные элементы ВПП, оказывающие критическое влияние на погрешность измерения и выработанные решения для достижения требуемых параметров точности.

2. Метод калибровки вибрационного плотномера, отличающийся тем, что вместо трёх жидкостей с известной плотностью применяются две среды с известной плотностью, одной из которых может быть воздух, а другой - любая жидкость с известной плотностью.

3. Алгоритм автоматической компенсации влияния температуры среды на погрешность измерения плотности погружного вибрационного плотномера, отличающийся тем, что в качестве термокомпенсируемого параметра принимается период колебаний ВПП и калибровка влияния температуры производится в вакууме до калибровки плотномера по плотности.

4. Алгоритм автоматической компенсации влияния вязкости среды на погрешность измерения плотности погружного вибрационного плотномера, позволивший увеличить максимальный предел вязкости сред, доступных для измерения, до 1000 сПз.

5. Результаты исследования характеристик ВПП при использовании различных ПКМ, позволившие выявить современные ПКМ, обеспечивающие максимальную чувствительность актюаторов и датчиков вибрации для измерения плот-

ности вязких жидкостей, а также обеспечить максимально возможный температурный диапазон измерений плотности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка прецизионного плотномера жидкостей и газов на основе камертонного вибропреобразователя»

Апробация работы

1. Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий». - 1-10 октября 2011 года. Россия г. Сочи.

2. Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» г. Ростов-на-Дону, 2012 г.

3. Международная молодёжная научная конференция «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» г. Анапа, 2013 г.

4. XVII-я Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение учёта энергетических ресурсов» // ФГУП «ВНИИМС». - 31 мая - 5 июня 2015 г. Россия, г. Сочи.

5. Третий всесоюзный конгресс по сенсорному приборостроению «Сенсорное слияние-2021» - 27-28 мая 2021 г. Россия, Санкт-Петербург, Кронштадт.

Использование результатов исследования

1. Разработан преобразователь плотности и вязкости ППВ-6,3.У1-В, не уступающий по техническому уровню зарубежным аналогам. Преобразователь прошёл испытания на утверждение типа во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», получил требуемые сертификаты на применение в жёстких условиях промышленной эксплуатации и допущен к применению на объектах ПАО «Транснефть».

2. Разработанные алгоритмы, методы и решения используются при производстве и эксплуатации вибрационного плотномера 804 (ООО «Пьезоэлектрик», г. Ростов-на-Дону).

3. Разработан массовый расходомер жидкости ЭРМАСС.НТ, включающий расходомер ЭРВИП.НТ и прецизионный вибрационный плотномер жидкости. Расходомер прошёл испытания и успешно применяется в системах учёта нефти на месторождениях АО «Самотлорнефтегаза», ОАО «Ульяновскнефть» и ООО «Иркутская Нефтяная Компания».

Публикации. По теме исследования опубликовано 10 работ, 5 из которых в журналах из перечня ВАК, получен 1 патент РФ на полезную модель.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 142 наименования и 5 приложений. Основная часть работы изложена на 145 листах машинописного текста. Работа содержит 55 рисунков и 22 таблицы.

Глава 1 Современные промышленные плотномеры жидкостей и газов. Особенности вибрационных плотномеров

1.1 Методы измерения плотности жидкостей и газов

Плотность любого вещества р определяется как предел отношения массы т вещества к занимаемому им объёму К:

р = Нтду^о ^ (1)

где Дт - масса элементарного объёма ДК [1].

За единицу плотности принимается плотность такого однородного вещества, единица объёма которого содержит единицу массы. Единицей плотности в СИ является килограмм, разделённый на кубический метр (кг/м3) [2]. Допускаются также внесистемные единицы плотности: грамм на кубический сантиметр (г/см3), тонна на кубический метр (т/м3) и килограмм на литр (кг/л).

Из существующих методов непрерывного измерения плотности наиболее известны методы, основанные на действии силы тяжести. Сравнение гравитационных масс твёрдых, жидких и газообразных вещества лежит в основе широкого спектра гидростатических и весовых методов, а также различных их комбинаций. Представителями этих методов являются ареометры частичного и полного погружения, пикнометры, ареопикнометры, коромысловые, пружинные, электромагнитные, флотационные, поплавковые, весовые, поплавково-весовые, объёмно-весовые и гидростатические плотномеры.

Отдельную группу составляют методы, связанные с зависимостью от плотности таких физических величин, как энергия потока вещества, динамическое давление, сила удара струи о преграду, скорость истечения струи из отверстия, а также частоты колебаний твёрдого тела в жидкости и газе. В этих методах сравниваются инерционные массы веществ. Отсутствие зависимости результатов из-

мерения от силы тяжести упраздняет географические калибровки и существенно расширяет спектр применения методов.

К следующей группе относятся методы, основанные на измерении физических параметров вещества, связанных со значением плотности известным законом. В качестве измеряемого параметра может выступать скорость распространения звука в веществе, ослабление радиоактивного излучения, спектр пропускания радио и ИК излучения, изменение диэлектрической проницаемости и другие явления.

Рассмотрим представленные группы и конкретные методы в контексте измерения плотности жидкостей и газов в условиях промышленного производства и добычи полезных ископаемых. Для этого обозначим ряд особенностей процесса измерения плотности, обусловленных свойствами измеряемого вещества и условиями, в которых они производятся. В отличие от лабораторных измерений плотности, когда жидкости находятся в специально созданных условиях, измерения в условиях промышленного производства осложнены широким спектром воздействующих факторов, влияющих и на объект, и на средство измерений. На выбор метода измерений плотности оказывают влияние температура, давление и вязкость измеряемой среды, наличие потока и его скорость, кислотные свойства, проводимость, загрязнённость и взрывоопасность. При этом плотномеры должны быть устойчивы к вибрации, критическим температурам внешней среды, отвечать требованиям промышленной безопасности и взрывозащиты. Поэтому, исходя из условий измерений и требований эксплуатации непосредственно в автоматизированном технологическом процессе в реальном времени, из обзора исключены методы измерения плотности жидкости, применяющиеся только в лабораторных условиях.

Хорошей иллюстрацией влияния свойств жидкостей и условий измерений на выбор метода измерений может служить нефть. Нефть представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, состоящую из смеси сложных углеводородов. В состав нефти входит около тысячи индивидуальных веществ. Кроме жидких углеводородов присутствуют полутвёрдые сгустки высокомолекулярных

смол и асфальтенов нерастворимых в жидких углеводородах при температурах до 30 оС. Измерение плотности нефти и нефтесодержащих смесей проводится на всех этапах добычи и переработки, начиная со скважины, где температура может доходить до 150 оС, а давление до 125 МПа, и заканчивая конечными продуктами нефтепереработки и нефтехимической промышленности. Плотность нефти может

-5

изменяться от 700 до 1200 кг/м , а вязкость от единиц до сотен и тысяч сантипуаз. Основная добыча ведётся в районах Крайнего Севера, где температура воздуха опускается до минус 70 оС, при этом из скважины может поступать жидкость с температурой выше 50 оС.

Особое место занимает транспортировка товарной нефти от мест добычи к местам потребления. В России существует уникальная система трубопроводной транспортировки нефти и нефтепродуктов, протяжённость которой более семидесяти тысяч километров. Согласно ГОСТ 8.589-2007 погрешность измерения плот-

-5

ности нефти не должна превышать ± 0,36 кг/м , что соответствует относительной погрешности не более ± 0,055 %. При этом следует учитывать, что в скважинах, нефтепроводах и местах хранения нефти наблюдается большое количество отложений на стенках и внутренних поверхностях, включая измерительные приборы, что существенно осложняет их работу.

Наиболее известным и распространённым среди методов измерения плотности является метод измерения плотности жидкостей и концентрации растворов при помощи ареометров. Ареометр представляет собой вертикальное продолговатое полое тело, соединённое вверху с узким трубчатым стержнем, который снабжён шкалой (рисунок 1). Согласно ГОСТ [3], различают ареометры общего назначения, ареометры для нефти, для молока, урины, электролита, кислот, спирта, грунта и морской воды. Они охватывают диапазон измерений плотности жидко-

-5

стей от 650 до 2000 кг/м . В зависимости от назначения шкала ареометра может отображать килограммы на кубометр, процент концентрации, объёмную долю, массовую долю, единицы относительной плотности. Погрешность измерений

3 3

может варьироваться от ± 0,2 кг/м у ареометров для кислот, до ± 20 кг/м у ареометров общего назначения.

Характерной особенностью ареометров частичного погружения является зависимость показаний от мениска, образующегося вокруг стержня ареометра. Исключить влияние капиллярных явлений позволяют ареометры полного погружения. Конструктивно они могут быть выполнены как ареометры частичного погружения, но проградуированы с учетом применения дополнительной жидкости с известной плотностью р, наливаемой поверх измеряемой жидкости с искомой плотностью рк (рисунок 1, б).

а) б) в)

Рисунок 1 - Погружные ареометры постоянной массы: а - частичного погружения; б - полного погружения; в - шкала ареометра

Глубина погружения ареометра увеличивается с уменьшением плотности жидкости, поэтому цифровые значения плотности на его шкале располагаются в возрастающем порядке сверху вниз. Кроме того, одинаковый объём участка стержня ареометра вверху и внизу неодинаково относятся к объёму погружённой части ареометра. Это приводит к неравномерности шкалы (рисунок 1, в).

На принципе ареометра основано действие промышленных поплавковых и поплавково-весовых плотномеров непрерывных измерений. Чувствительным элементом в них служит поплавок, который, как и ареометры, может быть частичного или полного погружения. В поплавковых плотномерах измерение плотности осуществляется по величине перемещения поплавка при изменении плотности жидкости или газа. В поплавково-весовых - измеряемым параметром является выталкивающая сила, действующая на поплавок, погруженный в жидкость или газ.

Разработано много разновидностей этой группы плотномеров, отличающихся конструкцией и формой поплавка [4; 5], видом измерительных сосудов [6], типом и принципом действия преобразователей перемещения поплавка и силы в электрический сигнал. Для измерений плотности сжиженных газов [7] разработаны ареометры, работающие под давлением. Они обладают высокой чувствительно-

-5

стью и стабильностью показаний, а их погрешность может достигать ± 0,002 кг/м при давлениях до 18 МПа и рабочем диапазоне температур от минус 40 до 80 оС. Подробно, особенности отдельных конструкций рассмотрены в [8 - 11].

К недостаткам метода можно отнести чувствительность к загрязнениям и движению жидкости. Внешние частицы различных размеров могут оседать на поверхности поплавка и искажать показания, поэтому метод применяется только для чистых жидкостей и газов. Кроме этого, приборы имеют сравнительно узкие диапазоны измерений, громоздки и чувствительны к вибрации.

В объемно-весовых плотномерах взвешивается определенный объем вещества, непрерывно протекающий по трубопроводу. В плотномерах этого типа чувствительный элемент представляет собой подвижный горизонтальный участок трубы, соединенный с неподвижным трубопроводом при помощи эластичных элементов (сильфонов, манжет и пр.) Измерительный участок может быть прямым или петлеобразным [12]. Изменение массы измерительного участка является функцией изменения плотности жидкости и вызывает перемещение участка вверх или вниз. Это перемещение регистрируется соответствующим датчиком перемещения - обычно это индуктивный преобразователь [13 - 15] или тензорезистивное устройство [16].

Метод даёт возможность измерения плотности пульп, суспензий, загрязненных, вязких и летучих жидкостей независимо от скорости и давления в трубопроводе. Постоянное поперечное сечение измерительной полости прибора исключает осаждение твердых включений, содержащихся в потоке. Кроме того, метод имеет

-5

широкий диапазон измерений (до 3000 кг/м ). К недостаткам можно отнести невысокую точность измерений [17; 18].

Широкое распространение получили плотномеры, принцип действия которых основан на измерении разности давлений столба жидкости - гидростатические плотномеры. Их разделяют на две группы по способу измерения давления: непосредственно измеряющие давление Р столба жидкости И и измеряющие давление столба жидкости косвенным путем [1; 19]. Схемы методов представлены на рисунке 2.

При непосредственном способе измерения давления к вертикальному трубопроводу или цистерне с жидкостью 1 (рисунок 2, а) на разной высоте подключают два преобразователя давления 2 из 3. Обычно это мембранные блоки, подключенные трубками 4 к датчику дифференциального давления. Трубки заполняют несжимаемой жидкостью с минимальной вязкостью. Разность давлений Р1 и Р2 пропорциональна плотности р и высоте столба И жидкости, соответственно

Существует много вариантов реализации метода, актуальных для своего времени и уровня развития техники [20 - 24]. Современный уровень развития высокоточных датчиков давления позволяет применять вместо датчика дифференциального давления два датчика избыточного или абсолютного давления практически без потери точности. Итоговая разность давления и плотность вычисляются промышленным контроллером или информационно-измерительной системой. Вариантом реализации метода является установка преобразователей давления на некотором расстоянии вдоль герметичной штанги погружного плотномера [25; 26].

а) б)

Рисунок 2 - Схемы гидростатических плотномеров: а - с применением датчика разности давлений; б - с постоянным продувом газом

При измерении плотности агрессивных сред часто применяют метод косвенного измерения давления при непрерывной продувке газа через исследуемую жидкость (рисунок 2, б). Трубки могут быть выполнены из материала, стойкого к агрессивному фактору и не влияют на результаты измерений [27 - 29].

Метод даёт возможность измерять плотность вязких, загрязнённых, кристаллизующихся и агрессивных жидкостей и применяется как для открытых, так и для закрытых резервуаров. Отсутствие влияния поверхностного натяжения также является одним из преимуществ данного метода.

К недостаткам можно отнести необходимость большой высоты столба жидкости (1 м и более), что приводит к громоздкости приборов и запаздыванию показаний; непрерывное продувание газа через жидкость искажает показания из-за насыщения жидкости газом.

В гидродинамических плотномерах измеряемым параметром, связанным с плотностью является динамическое давление движущейся жидкости или газа:

, (3)

где и - скорость измеряемой жидкости или газа.

Метод применяется для газов и жидкостей с малой вязкостью. В конструкциях применяются различные варианты турбинок и лопастей вращающихся в измеряемой среде. Известно много разработок подобных устройств [30 - 34], однако

распространения метод не получил. К разновидностям реализации метода относятся силовые и струйные плотномеры.

К преимуществам можно отнести возможность создания плотномеров газа с низкой погрешностью измерения (до ± 0,1 % от шкалы), широкий температурный диапазон. К недостаткам относятся наличие движущихся частей, зависимость результата от скорости потока и вязкости среды.

Одним из перспективных направлений измерения плотности в промышленных условиях является применение ультразвука. Скорость распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний в жидкостях и газах связана с плотностью следующим соотношением:

С = (ТРР)"1, (4)

где р - адиабатическая сжимаемость среды.

При постоянном коэффициенте адиабатической сжимаемости измеренная скорость звука дает однозначную информацию о плотности среды. Это требует калибровки УЗ-плотномеров по измеряемым средам, но преимущества, которые предоставляет ультразвуковой метод измерения плотности, оправдывают его применение. Высокая чувствительность, безынерционность и возможность исключить контакт с измеряемой средой способствуют востребованности УЗ-плотномеров в промышленности [35].

УЗ-плотномеры могут быть подразделены на скоростные [36 - 38], импе-дансные [39] и импедансно-скоростные [40; 41]. Скоростные УЗ-плотномеры предназначены для измерения чистых однородных жидкостей, бинарных растворов и смесей жидкостей или газов. По методу измерения скорости они могут быть, в свою очередь, разделены на время-импульсные, автоциркуляционные, фазовые, интерферометрические, резонансные, с акустическим фильтром и плотномеры со скоростной реакцией волновода.

Применение импедансных плотномеров предполагает, что известна зависимость между импедансом (7) и плотностью вещества. В большинстве случаев эта зависимость носит монотонный характер:

* = р(р).

(5)

Существующие конструкции импедансных плотномеров основаны на измерении акустического давления УЗ-колебаний в среде или свойств излучающего в среду пьезоэлемента.

Применение совмещенного импедансно-скоростного метода измерения расширяет границы применения для широкой номенклатуры веществ. Наличие двух информационных параметров улучшает достоверность измерений, но требует расширения процедур калибровки плотномеров [42].

В зависимости от схем и конструкций УЗ-плотномеров приведенная погрешность измерения колеблется в пределах от ± 0,1 до ± 3 %.

В вибрационных плотномерах плотность жидкости или газа определяется по резонансной частоте некоторого тела (вибратора), взаимодействующего с измеряемой средой. По способу взаимодействия со средой различают проточные и погружные вибропреобразователи плотности (ВПП). В проточных ВПП жидкость или газ протекают внутри резонатора и участвуют в колебаниях как инертная масса. Как правило, это трубчатые ВПП, в которых возбуждение колебаний и измерение параметров осуществляется с помощью электромагнитной системы [43 -47]. В погружных ВПП вибратор помещается непосредственно в измеряемою среду, воздействующую на него как некоторая «присоединенная масса», увлекаемая в колебательное движение [48; 49] и изменяющая частоту колебаний. Величина присоединенной массы зависит от плотности вещества, а девиация частоты резонансных колебаний является параметром, по которому определяется плотность [50]. Возбуждение и измерение колебаний, как правило, осуществляется при помощи электромагнитных или пьезоэлектрических систем, а также их комбинаций.

Частота колебаний системы определяется из известного соотношения

где С, т0 и тп - соответственно, жесткость и масса вибратора а также, присоединенная масса измеряемой среды [51].

(6)

Зависимость плотности среды р от периода колебаний ВПП т может быть представлена как:

р = 1 П=о «пТп, (7)

где ап - коэффициенты, определяемые при калибровке плотномера.

-5

Высокая точность (до ± 0,1 кг/м ), чувствительность, надежность, индифферентность к типу и составу жидкости, широкий диапазон температур и давлений, а также легкая автоматизация процесса измерений и встраиваемость в техпроцесс делают этот метод измерения плотности одним из самых перспективных и востребованных.

В радиоизотопных плотномерах измеряется ослабление пучка радиоактивного излучения после его поглощения или рассеяния слоем жидкости. Изменение интенсивности излучения функционально связано с плотностью измеряемой среды. Наиболее распространены плотномеры, использующие у - излучение. Как правило, погрешность таких плотномеров не бывает меньше ± 2 %.

Основным достоинством радиоизотопных плотномеров является отсутствие какого-либо контакта с исследуемой средой, что даёт возможность проводить измерения химически активных жидкостей и газов.

Существенным недостатком этих приборов является зависимость показаний от физических свойств испытуемого вещества, что требует калибровку на измеряемый тип веществ. Кроме того, необходимы соответствующие допуски и разрешения, защита персонала и утилизация радиоактивных элементов [52].

В вихревых плотномерах используется зависимость частоты вихревых колебаний, возникающих в потоке, от плотности среды. Для возникновения вихревого движения среды на пути движущегося потока устанавливается тело обтекания. При взаимодействии с потоком возникает прецессия с частотой, зависящей от плотности, вязкости и скорости жидкости. Возникающие колебания потока, как правило, измеряют пьезодатчиками различных конструкций.

В таблице 1 приводится сравнение рассмотренных методов измерения плотности жидкостей и газов на основе требований, предъявляемых к плотноме-

рам, как средствам измерений при эксплуатации в автоматизированном технологическом процессе в реальном времени. Вибрационный метод полностью удовлетворяет ключевым критериям и требованиям и является наиболее универсальным и обладающим наименьшей погрешностью измерений плотности жидкостей и газов. Он охватывает широкий диапазон температур и давлений и может быть применен для измерения плотности всего спектра жидкостей и газов, в том числе, вязких нефти и нефтепродуктов.

Таблица 1 - Сравнение методов измерения плотности жидкостей

Способ измерения Работа в вязких средах Работа при повышенном давлении, до 16 МПа Измерение плотности в потоке Погрешность, кг/м3 Калибровка на измеряемые среды

Поплавковые и по-плавково-весовые + + — 0,002 —

Объемно-весовые + + + 0,5 —

Гидростатические + + — 0,5 —

Гидродинамические - + + 1,0 +

Ультразвуковые + + + 1,0 +

Вибрационные + + + 0,1 —

Вихревые — + + 5,0 +

Радиоизотопные + + + 10-20 +

1.2 Принцип действия и примеры реализации вибрационных плотномеров

В вибрационных плотномерах плотность жидкости или газа определяется по резонансной частоте колебаний вибратора, взаимодействующего с измеряемой

средой. По способу взаимодействия с измеряемой средой различают проточные и погружные ВПП. Рассмотрим подробнее каждый из двух видов.

1.2.1 Принцип действия и примеры реализации проточных вибрационных

плотномеров

В проточных плотномерах жидкость или газ протекают внутри резонатора и участвуют в колебаниях как инерционная масса. Обычно это различные варианты трубчатых ВПП, в которых возбуждение колебаний и измерение их параметров осуществляется с помощью электромагнитной системы. Типичная схема проточного плотномера представлена на рисунке 3 [53]. Измеряемая жидкость

Рисунок 3 - Схема проточного вибрационного плотномера

непрерывно протекает внутри жёстко закрепленной по концам трубки 1, являющейся механическим резонатором, совершающим незатухающие изгибные автоколебания. Электромагнитная система возбуждения и измерения параметров колебаний состоит из датчика 2, усилителя сигнала 3 и возбудителя колебаний 4. Частотная характеристика и коэффициент усиления усилителя подбираются таким образом, чтобы автоколебания возбуждались только на одной из собственных резонансных частот. Блок измерения частоты 5 осуществляет регистрацию частоты установившихся колебаний. Частота колебаний трубки с измеряемой средой

определяется их суммарной массой и жёсткостью трубки. Объём трубки однозначно определяет количество жидкости, участвующей в колебаниях и связывает частоту колебаний резонатора и плотность жидкости.

Для анализа работы ВПП реальный механический резонатор с распределёнными параметрами заменяют его эквивалентной схемой с сосредоточенными эквивалентными параметрами: массой тэ, жёсткостью Сэ и трением гэ. Эквивалентная схема проточного плотномера представлена на рисунке 4. В приближении малых перемещений допустимо пренебречь нелинейностью упругих сил и описать движение резонатора в замкнутой системе возбуждения системой уравнений [53]:

(F = тэх + гэх + Сэх;

IF = D{x), (8)

где F - сила воздействия системы возбуждения на резонатор; D(x) неизвестный оператор обратной связи; x - поперечное смещение эквивалентной массы.

Рисунок 4 - Эквивалентна схема проточного вибрационного плотномера

Резонатор рассматривается как часть замкнутой автоколебательной системы, которая находится в режиме вынужденного движения, возбуждаемого сосредоточенной силой с частотой, равной собственной частоте колебаний резонатора и определяемой из условия баланса амплитуд и фаз замкнутой системы. Механические резонаторы являются высокодобротными колебательными системами, ко-

торые могут быть рассмотрены как узкополосные фильтры с выходным сигналом вида:

х « А с о s о t, (9)

где A - амплитуда колебаний резонатора; ш - частота колебаний.

При решении задачи синтеза оптимальной системы возбуждения в [53] выводится частотная характеристика оператора

D ( ш ) = тэо)2 + що + Сэ, (10)

а также делается вывод, что частота автоколебаний не будет зависеть от трения гэ, если фаза возбуждающей силы будет опережать фазу смещения резонатора на угол п/2. Другой важной особенностью является необходимость поддержания постоянной амплитуды колебаний вибратора, что может быть обеспечено изменением возбуждающей силы.

Приведённая выше схема проточного плотномера содержит один колебательный элемент и относится к маятниковым резонаторам. Такого рода вибраторы относятся к несбалансированным, поэтому их колебания приводят к возникновению поперечных реакций в узле закрепления. Следствием этого является снижение эффективности вибратора, влияние на частоту колебаний массы основания и способа закрепления ВПП. Кроме того, различного рода внешние влияющие факторы, такие как тряска, вибрация оборудования, температурные деформации конструкций также влияют на режим работы плотномера. Это приводит к необходимости предусматривать меры, ослабляющие связи резонатора с узлами подвода и отвода жидкости. Применяются различные сильфоны, шланги и другие гибкие элементы, что ограничивает область применения относительно низкими давлениями и температурами.

В качестве примера реализации однотрубного варианта проточного плотномера можно представить плотномер фирмы Solartron (Emerson) типа 7835, конструкция которого представлена на рисунке 5, а внешний вид на рисунке 8, б.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зацерклянный Олег Владимирович, 2021 год

Список литературы

1. Кивилис, С.С. Плотномеры / С.С. Кивилис. - М. : Энергия, 1980. - 280 с.

2. ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин. М. : Стандартинформ, 2010. - 28 с.

3. ГОСТ 18481-81. Общие технические условия. Ареометры и цилиндры стеклянные. М. : Изд-во стандартов, 1983. - 22 с.

4. Торопин, С.И. Измерение плотности жидкостей, массы и объемов твердых тел при помощи усовершенствованных ареометрических весов / С.И. Торопин // Измерительная техника. - 1971. - № 1. - С. 25-79.

5. Патент N 2457461 Российская Федерация, МПК G01N 9/10 (2006.01). Способ и устройство для измерения плотности жидкости / Нигматуллин Р.Г., Нигматуллин В.Р., Нигматуллин И.Р. , Нигматуллин И. М., Костенков Д.М., Пелецкий С.С., Хафизова А.Г. - N 2011107024/28; заявл. 24.02.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21. - 5 с.

6. Патент N 142684 Российская Федерация, МПК G01N 9/00 (2006.01). Ареометр гидростатический / Зейгман Ю.В., Денисламов И.З. - N 2014107614; заявл. 27.02.2014; опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. - 5 с.

7. ГОСТ ISO 3993-2013. Газы углеводородные сжиженные и легкие углеводороды. Определение плотности или относительной плотности. Метод с использованием ареометра под давлением. М. : Изд-во стандартов, 2014.-8 с.

8. Глыбин, И.П. Автоматические плотномеры / И.П. Глыбин. - Киев : Техника, 1965. - 258 с.

9. Глыбин, И.П. Автоматические плотномеры и концентратомеры в пищевой промышленности / И.П. Глыбин. - М. : Пищевая промышленность, 1975. -182 с.

10. Кивилис, С.С. Направления развития промышленных плотномеров / С.С. Кивилис // Приборы и системы управления. - 1975. - № 12. - С. 14-18.

11. Гайхман, С.Я. Весовые и поплавковые плотномеры / С.Я. Гайхман // Приборы и системы управления. - 1975. - № 12. - С. 20-24.

12. А. с. 785685 СССР, МПК G01N 9/00 (2000.01). Весовой плотномер / Сорокин В.Д., Боков С.С, Вишневский А.М., Фёдоров А.А - N 2713735; заявл. 15.01.1979; опубл. 07.12.1980, Бюл. № 45. - 4 с.

13. Патент N 2381482 Российская Федерация, МПК G01N 9/06 (2006.01). Весовой плотномер / Кузнецов В.А., Кузнецов В.В. - N 2008127905/28; заявл. 08.07.2008; опубл. 10.02.2010, Бюл. № 4. - 4 с.

14. А. с. 1203400 СССР, МПК G01N 9/06 (2000.01). Массовый плотномер для жидких сред / Кузьмин П.М., Поминов А.В. - N 3771556; заявл. 13.07.1984; опубл. 07.01.1986, Бюл. № 1. - 2 с.

15. А. с. 593115 СССР, МПК G01N 9/06 (2000.01). Весовой плотномер для жидких сред / Рыбаков В.В., Рудекно В.И., Гуткович Л.Б., Кузьминов А.П., Дунаев Ю.М. - N 2367910; заявл. 02.06.1976; опубл. 15.02.1978, Бюл. № 6. - 3 с.

16. Патент N 2635342 Российская Федерация, МПК G01F 1/90 (2006.01). Тен-зодатчик для объемно-весового измерителя плотности жидкости и объемно-весовой измеритель плотности жидкости на его основе / Ковалюх С.В., - N 2015145975; заявл. 29.04.2014; опубл. 16.11.2017, Бюл. № 32. - 21 с.

17. А. с. 391444 СССР, МПК G01N 9/02 (2000.01). Весовой плотномер для высоковязких и липких сред / Ровинский Л.А., Романов М.В. - N 1692639; заявл. 15.08.1971; опубл. 25.07.1973, Бюл. № 31. - 3 с.

18. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномеры автоматические весовые УД2-70 RU.C.31.02.A N 6577-78 от 08.05.2018 г.

19. Измерение массы, объёма, плотности / С.И. Гаузнер, С.С. Кивилис, А.П. Осокина, А.Н. Павловский. - М. : Стандартов, 1972. - 623 с.

20. А. с. 750338 СССР, МПК G01N 9/26 (2000.01). Гидростатический плотномер / Хабаров А.Е., Кириченко А.В. - N 2725975; заявл. 19.02.1979; опубл. 23.07.1980, Бюл. № 27. - 3 с.

21. А. с. 714232 СССР, МПК в0Ш 9/26 (2000.01). Гидростатический плотномер / Тараненко Ю.К., Снегур В.И., Ватаманюк В.И., Белоус А.И., Мозолевский И.В., Гордиенко Н.А. - № 2509290; заявл. 19.02.1979; опубл. 23.07.1980, Бюл. № 5. - 5 с.

22. А. с. 387261 СССР, МПК в0Ш 9/26 (2000.01). Гидростатический плотномер / Парфёнов В.И., Лашкевич Ю.Б., Галдава М.Е., Пожидаев Г.М. - N 1738112; заявл. 10.01.1972; опубл. 21.07.1973, Бюл. № 27. - 2 с.

23. А. с. 1679277 СССР, МПК ввШ 9/26 (2000.01). Гидростатический плотномер жидкостей и способ его настройки / Шполянский Е.Ф. - N 4618284; заявл. 12.12.1988; опубл. 23.09.1991, Бюл. № 35. - 4 с.

24. А. с. 524102 СССР, МПК в0Ш 9/26 (2000.01). Гидростатический плотномер / Сагайда И.М., Дубов В.К.; заявл. 06.01.1975 - N 2093578; опубл. 05.08.1976, Бюл. № 29. - 3 с.

25. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномер жидкости ДП1 УД2-70 RUC.31.02. А N 55745 от 08.05.2018 г.

26. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Преобразователи давления АРС-2000^, APR-2000/Q, APR-2200/Q, УД2-70 RUC.31.02. А N 57408 от 08.05.2018 г.

27. А. с. 516943 СССР, МПК в0Ш 9/26 (2000.01) Гидростатический плотномер / Гильдин Ф.Л., Свиридовский В.Л., Любин В.М. - N 2096847; заявл. 20.01.1975; опубл. 05.06.1976, Бюл. № 21. - 3 с.

28. А. с. 576527 СССР, МПК в0Ш 9/26 (2000.01) Гидростатический плотномер / Чёрный И.С., Сотниченко Н.И. - N 2341381; заявл. 01.04.1976; опубл. 15.10.1977, Бюл. № 38. - 3 с.

29. Патент N 2418287 Российская Федерация, МПК С0Ш 9/26 (2006.01). Устройство для измерения плотности жидкости / Овчинников А.К., Романов А.Г. Ежов Б.А. - N 2010100302/28; заявл. 11.01.2010; опубл. 10.05.2011, Бюл. № 13. - 5 с.

30. А. с. 1659776 СССР, МПК G01N 9/28 (2000.01). Измерительный преобразователь плотности / Гудима В.И., Абраменко А.Н., Лысенко Г.В. - N 4700490; заявл. 07.06.1989; опубл. 30.06.1991, Бюл. № 24. - 2 с.

31. Патент N 2273016 Российская Федерация, МПК G01N 9/26 (2006.01). Устройство гидродинамического измерения плотности / Касимов А.М., Попов А.И., Ахметзянов А.В., Кобылкин Н.И. - N 2004115098/28; заявл. 20.05.2004; опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9. - 7 с.

32. Патент N 2378638 Российская Федерация, МПК G01N 9/26 (2006.01). G01F 1/86 (2006.01), G01F 1/37 (2006.01) Плотномер-расходомер жидких сред / Ахметшин Р.М., Чуринов М.И., Попова Л.Ф. - N 2007135404/28; заявл. 24.09.2007; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1. - 7 с.

33. Патент N 2393433 Российская Федерация, МПК G01N 9/26 (2006.01). G01F 1/86 (2006.01), E21B 47/10 (2006.01) Скоростной плотномер и массовый расходомер / Стефенсон Стенли В. - N 2006113591/28; заявл. 23.09.2004; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18. - 7 с.

34. Патент N 2359246 Российская Федерация, МПК G01N 9/18 (2006.01). Струйно-акустический плотномер / Мордасов М.М., Мордасов Д.М., Иванцов А.А. - N 2008104230/28; заявл. 04.02.2008; опубл. 20.06.2009, Бюл. № 17. - 4 с.

35. К вопросу анализа ультразвуковых плотномеров / Власов В.В. , Виштак О.В. , Скоробогатова Т.Н.; Саратовский гос.-техн. университет. - Саратов, 1997. - 14 с. - Деп. в ВИНИТИ РАН 11.4.97 N 1195-В97.

36. Евстигнеев, А.Н. Электрические времяимпульсные плотномеры / А.Н. Евстигнеев, И.А. Замыцкий. - М.: Энергоиздат, 1982. - 112 с.

37. А. с. 792135 СССР, МПК G01N 29/02 (2000.01), G01N 9/24 (2000.01). Цифровой ультразвуковой измеритель плотности жидких сред / Кветный Р.Н., Лысогор В.Н. - N 2762538; заявл. 25.04.1979; опубл. 30.12.1980, Бюл. № 48. - 4 с.

38. Патент N 2221234 Российская Федерация, МПК G01N 9/24 (2006.01).

G01N 29/18 (2006.01) Ультразвуковой способ определения плотности жид-

кости / Чепрасов А.И., Шаверин Н.В. - N 2002104765/28; заявл. 22.02.2002; опубл. 10.01.2004, Бюл. № 1. - 5 с.

39. А. с. 236843 СССР, МПК G01N 29/02 (2000.01), G01N 9/24 (2000.01). Ультразвуковой плотномер / Рыбин В.В., Шульгин Б.Н. - N 1205084/26-25; заявл. 25.12.1967; опубл. 03.11.1969, Бюл. № 7. - 2 с.

40. Бражников, Н.И. Ультразвуковые методы / Н.И. Бражников. - М. : Энергия, 1965. - 248 с.

41. А. с. 864109 СССР, МПК G01N 29/02 (2000.01) Ультразвуковой плотномер / Милюс П.-Б. П., Сукацкас В.А. - N 2891782/18-25; заявл. 11.03.1980; опубл. 15.09.1981, Бюл. № 34. - 3 с.

42. А. с. 748240 СССР, МПК G01N 29/00 (2000.01) Ультразвуковой плотномер жидкости / Сукацкас В.А. - N 2614045/25-10; заявл. 04.05.1978; опубл. 15.07.1980, Бюл. № 26. - 3 с.

43. Патент N 4354377 США, МПК G01N 9/00. Fluid density transducer / Stansfeld, James W. - N 203841; заявл. 04.11.1980; опубл. 19.10.1982, - 5 с.

44. Патент N 75493129 США, МПК G01N 9/02. G01F 1/84 High pressure resonatont vibrating-tube densitometer / Headrick, Dick C. - N 11/560772; заявл. 16.11.2006; опубл. 23.07.2009, - 11 с.

45. Патент N 5831178 США, МПК G01F 1/84. Vibration type measuring instrument / Yoshimura, H., Kudo, T., Kishiro, M. - N 705343; заявл. 29.08.1996; опубл. 3.11.1998, - 26 с.

46. Патент N 2298165 Российская Федерация, МПК G01N 11/16 (2006.01), G01F 01/84 (2006.01). Измерительный преобразователь вибрационного типа, прибор для измерения вязкости протекающей по трубопроводу жидкости, а также массового расхода и/или плотности и применение измерительного преобразователя для измерения вязкости протекающей по трубопроводу жидкости / Драм В., Ридер А. - N 2004135810/28; заявл. 07.05.2003; опубл. 10.05.2006, Бюл. № 12. - 17 с.

47. Патент N 2360228 Российская Федерация, МПК G01N 09/00 (2006.01).

Вибрационный плотномер для жидкостей / Великов А.А., Григорьев С.В - N 2008106674/28; заявл. 20.02.2008; опубл. 27.06.2009, Бюл. № 18. - 4 с.

48. Маловичко, М.Ф. Использование эффекта присоединённой массы для измерения плотности растворов / М.Ф. Маловичко, А.А. Аникеев, В.А. Ткаченко // Известия Томского политехнического института имени С.М. Кирова. -Томск : 1970. - С. 44-47.

49. Биркгоф, Г. Гидродинамика / Г. Биркгоф. - М. : Издательство иностранной литературы, 1963.

50. Зацерклянный, О.В. Вибрационные плотномеры для вязких жидкостей / О.В. Зацерклянный, М.В. Богуш // Автоматизация, телемеханика и связь в нефтяной промышленности. - 2013. - № 3. - С. 36-39.

51. Зацерклянный, О.В. Вибрационные плотномеры газов и жидкостей для продукции газоконденсатных скважин / О.В. Зацерклянный // Автоматизация, телемеханика и связь в нефтяной промышленности. - 2011. - № 2. -С. 9-14.

52. Гольдин, М.Л. Контроль и автоматизация процессов дробления и измельчения руд / М.Л. Гольдин. - 2 изд. - М. : Атомиздат, 1971. - 388 с.

53. Жуков, Ю.П. Вибрационные плотномеры / П.Ю. Жуков. - М. : Энергоатом-издат, 1991. - 144 с.

54. Преобразователи плотности жидкости измерительные Micro Motion 7835/45/47. Руководство по установке и настройке конфигурации. 2011 г. -158 с.

55. Денисов, В.И. Прецизионнные приборы камертонного типа / В.И. Денисов. -М. : Машиностроение, 1985.

56. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномеры Sarasota - US.C.31.005.A N 51945-12 от 04.12.2012 г.

57. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Преобразователи плотности и расхода CDM - US.C.31.373.A N 61830 от 06.04.2016 г.

58. Риман, И.С. Присоединенные массы тел различной формы/ И.С. Риман, Р.Л. Крепс. - М. : ЦАГИ, 1947.

59. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Преобразователи плотности и вязкости жидкости измерительные 7827, 7828, 7829 -US.C.31.02.A N 15642-06 от 14.02.2006 г.

60. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномеры вибрационные Liquiphant М Density - DE.C.31.02.A N 41030 - 09 от 30.06.2009 г.

61. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномеры ПЛОТ-3 - RU.C.31.001.A N 47578 от 30.07.2012 г.

62. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Плотномеры 804 -RU.C.31.001.A N 44065 от 03.10.2011 г.

63. Heinisch, M., Abdallah, A., Dufour, I., Jakoby, B. Resonant Steel Tuning Forks for Precise Inline Viscosity and Mass Density Measurements in Harsh Environments // Institute for Microelectronics and Microsensors, Johannes Kepler University, Linz, Austria bLaboratoire IMS, Universit'e de Bordeaux, Talence, France: 2014 Procedia Engineering 87:1139 - 1142.

64. Вибрации в технике: Справочник. Т. 2. Колебания нелинейных механических систем / Под ред. И. И. Блехмана. - В 6-ти т., Т. 2. - М.: Машиностроение, 1979. - 351 с.

65. Соловьев, А.Н. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей / А.Н. Соловьев, А.Б. Каплун. - Новосибирск : Наука, 1970. - 140 с.

66. Низаметдинов, А.М. Способы и устройства резонансного возбуждения механической колебательной системы вибровискозиметра / А.М. Низаметдинов, Б.А. Соломин // Актуальные проблемы физической и фундаментальной электроники: тезисы докладов 18-й Всероссийской молодёжной конференции.

67. Иориш, Ю.И. Виброметрия / Ю.И. Иориш. - М. : Государственное научнотехническое издательство машиностроительной литературы, 1963. -756 с.

68. Ермолаев, И.Н. Неразрушающий контроль. Кн.2. Акустические методы контроля: практическое пособие / И.Н. Ермолаев, Н.П. Алешин, А.И. Потапов, кн., под ред. В.В. Сухорукова. - В 5 и кн. 2. - М.: Высшая школа, 1991. - 283 с.

69. Физическая энциклопедия, т.3. - М. : Большая Российская Энциклопедия, 1994, ISBN 5-85270-019-3, С. 10-12.

70. Ландау, Л.Д. Курс общей физики / Л.Д. Ландау. - М. : Наука, 1965.

71. Белов, К.П. Редкоземельные магнетики и их применение / К.П. Белов. - М. : Наука, 1980. - 240 с.

72. Катаев, Г.И. Физика магнитных материалов и новые редкоземельные магнетики / Г.И. Катаев, Р.З. Левитин. - М. : Общество "Знание" РСФСР, 1976. - 41 с.

73. Панич, А.Е. Пьезокерамические актюаторы / А.Е. Панич. - Ростов-на-Дону : 2008. - 159 с.

74. Ацюковский, В.А. Емкостные дифференциальные датчики перемещения / В.А. Ацюковский. - М. : Госэнергоиздат, 1960. - 104 с.

75. Шарапова, В.М. Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. - М. : Техносфера, 2012. - 624 с.

76. Форейт, И. Емкостные датчики неэлектрических величин / И. Форейт. -Библиотека по автоматике, выпуск 213. - М. - Л. : «Энергия», 1966. - 162 с.

77. Михлин, Б.З. Высокочастотные емкостные и индуктивные датчики. Массовая радиобиблиотека / Б.З. Михлин. - М. : Госэнрегоиздат, 1960.

78. Котюк, А.Ф. Датчики в современных измерениях: Справочное издание. Массовая радиобиблиотека. Вып. 1277 / А.Ф. Котюк. - М. : Радио и связь, Горячая линия-Телеком 2006. - 96 с.

79. Дмитриенко, А.Г. Вихретоковые чувствительные элементы для бесконтактных датчиков перемещений / А.Г. Дмитриенко, Д.И. Нефедьев, А.А. Трофимов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2012. -№ 1. - С. 4-9.

80. Богомолов, В.Н. Устройства с датчиками Холла и датчиками магнитосопротивления / В.Н. Богомолов. - Библиотека по автоматике, выпуск 42. - М. - Л. : Госэнергоиздат, 1961. - 168 с.

81. Панич, А.Е. Отечественные пьезокерамические материалы для датчиков механических величин / А.Е. Панич // Физические основы приборостроения. -2019. - №1. - С. 30-35.

82. Орехов, В.С. Конструирование пьезоэлектрических датчиков ускорения / В.С. Орехов. - Ростов-на-Дону : б.н., 2008. - 38 с.

83. Шарапов, В.М. Пьезоэлектрические датчики / В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, Е.В. Шарапова. - М. : Техносфера, 2006. - 632 с.

84. Янчич, В.В. Пьезоэлектрические датчики вибрационного и ударного ускорения / В.В. Янич. - Ростов-на-Дону : б.н., 2008. - 77 с.

85. Богуш, М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации / М.В. Богуш. - Ростов-на-Дону : СКНЦ ВШ, 2006. - 346 с.

86. Зацерклянный, О.В. Интеллектуальные датчики давления с элементами управления / О.В. Зацерклянный // Датчики и системы. - 2008. - № 11. - С. 19-23.

87. Волоконно-оптический датчик вибрации «Виб-А» / А.А. Кузнецов, К.А. Липатников, О.Г. Морозов, И.И, Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов, С.В. Феофилактов // Инженерный вестник Дона. - 2018. - № 4. - С. 26.

88. Виглеб, Г. Датчики / Г. Виглеб. - Пер. с нем. - М.: Мир, 1989. - 196 с.

89. ГОСТ 8.589-2007. Ведение учётных операций на пунктах приёма-сдачи нефти в нефтепроводных системах. М. : Стандартинформ, 2009. - 40 с.

90. МИ 2837-2003. Приёмо-сдаточные пункты нефти метрологическое и техническое обеспечение. Казань. : ВНИИР, 2003. - 41 с.

91. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Преобразователи плотности жидкости измерительные моделей 7835, 7845, 7847 -GB.C31.00LA N 49771 от 01.02.2018 г.

92. Патент N 2506563 Российская Федерация, МПК G01N 09/00 (2006.01).

Датчик вибрационного плотномера / Аладышкин Ю.В., Аносов А.И. - N 2012134668/28; заявл. 13.08.2012; опубл. 10.02.2014, Бюл. № 4. - 7 с.

93. ГОСТ Р 51858-2002. Нефть. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2002. - 23 с.

94. Осадчий, Е.П. Проектирование датчиков для измерения физических величин / Е.П. Осадчий. - М. : Машиностроение, 1979. - 480 с.

95. Патент N 6148665 США, МПК G01F 23/28. Arrangement for establishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container / Getman, I., Lopatin, S. - N 09/055179; заявл. 03.04.1998; опубл. 21.11.2000, - 17 с.

96. Патент N 6834419 США, МПК G01F 23/28. Method of producing sensor element / Lopatin S., Getman I., Panitch A., Wusewker Y. - N 10/704162; заявл. 07.11.2003; опубл. 28.12.2004, - 10 с.

97. Патент N 2406980 Российская Федерация, МПК G01F 23/296 (2006.01). Устройство для контроля предельного уровня в емкости / Богуш М.В., Берман В.М., Панич А.Е., Гарковец А.А., Пикалев Э.М. - N 2009102611/28; заявл. 26.01.2009; опубл. 20.12.2010, Бюл. № 35. - 7 с.

98. Патент N 5191316 США, МПК G08B 20/00. Apparatus for determining and/or monitoring f predetermined contents level in a container / Dreyer V. - N 700134; заявл. 19.09.1990; опубл. 04.04.1991, - 7 с.

99. Патент N 2346259 Российская Федерация, МПК G01N 9/10 (2006.01). Виброзонд для определения плотности жидких сред / Баранов Ю.В., Зверев В.М. - № 2007105325/28; заявл. 12.02.2007; опубл. 10.02.2009, Бюл. N 4. - 3 с.

100. Патент N 5408168 США, МПК G08B 23/28. Devise for determining and/or monitoring a predetermined filling level in a container / Pfandler M. - N 969180; заявл. 05.07.1992; опубл. 18.04.1995, - 7 с.

101. Патент N 5844491 США, МПК G08B 21/00. Arrangement for establishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container / Getman I., Lopatin S. - N 59139; заявл. 13.04.1998; опубл. 01.12.1998, - 9 с.

102. Патент N 5815079 США, МПК G08B 21/00. Device for esteblishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container / Getman I., Lopatin S. - N 641560; заявл. 01.05.1996; опубл. 29.09.1998, - 7 с.

103. Патент N 2006/0290524 США, МПК G08B 21/00. Devise for esteblishing and/or monitoring a predetermined fill level in a container / Pfeiffer H. - N 11/512120; заявл. 30.08.2006; опубл. 28.12.2006, - 10 с.

104. Патент N 6920787 США, МПК G08B 21/00. Apparatus for determining and/or monitoring the filling level of a filling material in a conainer / Brutschit W., Lopatin S. - N 10/275274; заявл. 29.04.2003; опубл. 26.07.2005, - 10 с.

105. Патент N 6644116 США, МПК G08B 21/00. Device for determining and/or monitoring the level of a medium in a contaner / Getman I., Lopatin S., Rupp A., Kastner D. - N 10/174486; заявл. 19.06.2002; опубл. 11.11.2003, - 7 с.

106. Патент N 7043981 США, МПК G08B 21/00. Device for determining and/or monitoring the level of a medium in a contaner / Kuhny J., Lopatin S., Dreyer V. -N 10/220274; заявл. 01.03.2001; опубл. 16.05.2006, - 12 с.

107. Перспективы развития пьезоэлектрических датчиков механических величин для РКТ и других областей / А.В. Гориш, А.Е. Панич, С.Н. Свирская, В.В. Янчич // Сб. тр. науч. техн. конф. "Информационно-измерительная техника" - М. : РУНД, 2014. - С. 283-393.

108. Янчич, В.В. Критерии выбора пьезоэлектрических материалов для датчиков механических величин / В.В. Янчич, А.Е. Панич, С.Н. Свирская // Сборник трудов 2 Международной молодёжной научной конференции "Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения". - Ростов-на-Дону : ЮФУ, 2015. - С. 156-164.

109. Панич, А.Е., Управление характеристиками пьезоэлектрических датчиков с интегрированными многофункциональными преобразователями / А.Е. Панич, В.В. Янчич // Матер. V Междунар. конф. «Геоинформационные технологии и космический моиторинг». - Ростов-на-Дону : Изд-во ЮФУ, 2012. - С. 329-334.

110. Зацерклянный, О.В. Универсальный вибрационный плотномер 804 / О.В. Зацерклянный // Нефть. Газ. Новации. - 2014. - №12. - С. 63-67.

111. Зацерклянный, О.В. Пьезоэлектрические материалы для датчиков вибрации и актюаторов в устройствах измерения плотности жидкостей и газов / О.В. Зацерклянный, А.Е. Панич // Датчики и системы. - 2020. - №4. - С. 48-54.

112. Тихонов, А.А. Уравнения математической физики / А.А. Тихонов, А.Н. Самарский. - М. : Наука, 1977. - 735 с.

113. Лопатин, С.С. Датчики предельного уровня для жидкостей. Физические принципы и возможности вибрационных датчиков / С.С. Лопатин, Х. Пфайффер // Автоматизация в промышленности. - 2004. - №12. - С. 24-29.

114. Физические величины. Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский [и др.] ; под ред. И.С Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М. : Энер-гоатомиздат, 1991. - 1232 с.

115. ANSYS. Theory Ref. Rel. Ed. P. Kothke/ANSYS Inc. Houston, 1997.

116. ГОСТ 8.009-84. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. М. : Стандартинформ, 2006. - 26 с.

117. Люкшонков, Р.Г. Термокомпенсация в микромеханических гироскопах с контуром стабилизации амплитуды первичных колебаний: дис. ... канд. тех. наук: 05.11.03. - Санкт-Петербург, 2016. - 124 с.

118. Holcomb, C.D., Outcalt, S.L A theoretically-based calibration and evaluation procedure for vibrating-tube densimeters // Fluid phase equilibria. Elsevier Science Publishing Company, Inc., 1998. - С. 815-827.

119. Bouchot, C., Richon, D. An enhanced method to calibrate vibrating tube densimeters // Fluid phase equilibria. Elsevier Science Publishing Company, Inc., 2001. - С. 189-208.

120. María, J.P., Comuñas, J., Bazile, A., Baylaucq, C. Boned. Density of diethyl adipate using a new vibrating tube densimeter from (293.15 to 403.15) K and up to 140 MPa. calibration and measurements // Fluid phase equilibria. Chemistry, 2008. - С. 986-994.

121. José J. Segovia, Olivia Fandiño, Enriqueta R. López, Luis Lugo, Carmen Martín, Josefa Fernández Automated densimetric system: Measurements and uncertainties for compressed fluids // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2009. -С. 632-638.

122. Зацерклянный, О.В. Алгоритм температурной коррекции вибрационных плотномеров / О.В. Зацерклянный // Известия ЮФУ. Технические науки. -2020. - № 6. - С. 179-189.

123. Патент N 169441 Российская Федерация, МПК G01N 11/16 (2006.01). Вибрационное устройство для определения параметров среды / Берман В.М., Богуш М.В., Зацерклянный О.В., Пикалев Э.М., Шатуновский О.В. - N 2016145704/28; заявл. 22.11.2016; опубл. 17.03.2017, Бюл. № 8. - 10 с.

124. Зацерклянный, О.В. Моделирование вибрационного датчика плотности методом конечных элементов / О.В. Зацерклянный, О.В. Богуш, Э.М. Пикалев // Датчики и системы. - 2018. - №10. - С. 8-13.

125. Fleming, A. The vibrating tuning fork fluid density tool // Nan Gall Technology Ltd. - 2002. - № 1.

126. Большаков, В.А. Гидравлика, общий курс / В.А. Большаков, В.Н. Попов. -Киев : Высшая школа, 1989. - 215 с.

127. Техническое руководство - Цифровой вискозиметр модель 7829 - Solartron mobrey, 2002 г

128. ГСССД 4-78. Плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость жидкого и газообразного азота при температурах 70-1500К и давлениях 0,1100 МПа. Таблицы стандартных справочных данных. - 10 с.

129. Свидетельство об утверждении типа средств измерений - Вольтметры универсальные В7-73 - RU.C.34.01.02.A N 14537 от 01.05.2008 г.

130. ГОСТ 6709-72. Вода дистиллированная. Технические условия. М. : Стандартинформ, 2007. - 12 с.

131. ГОСТ 3134-78. Уайт-спирит. Технические условия. М. : Издательство стандартов, 2004. - 5 с.

132. ГОСТ Р 55878-2013. Спирт этиловый технический гидролизный ректификованный. Технические условия. М. : Стандартинформ, 2014. - 20 с.

133. ГОСТ 2768-84 Ацетон технический. Технические условия. М. : Издательство стандартов, 2001. - 15 с.

134. ГСССД 187-99 Вода. Удельный объем и энтальпия при температурах 0...1000 °С и давлениях 0,001...1000 МПа. Таблицы стандартных справочных данных. - 41 с.

135. ГОСТ 8.599 - 2010. Плотность светлых нефтепродуктов. Таблицы пересчета плотности к 15 °С и 20 °С и к условиям измерения объема. М. : Стандартинформ, 2012. - 130 с.

136. Описание типа средств измерений - Термостат жидкостный ВИС-Т -Яи.С.32.02.Л N 18418-99 от 15.03.1999 г.

137. Методика поверки. - Плотномеры 804 - ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» МП № 2302-0051-2010 от 02.12.2010 г.

138. Описание типа средств измерений - Измерители плотности жидкостей вибрационные ВИП-2М и ВИП-2МР - ЯИ.С.31.02.Л N 27163-09 2009 г.

139. ГОСТ 10028-81. Технические условия. Вискозиметры капиллярные стеклянные. М. : Стандартинформ, 2005. - 14 с.

140. ГОСТ 33768-2015 Метод определения кинематической вязкости и расчет динамической вязкости прозрачных и непрозрачных жидкостей. М. : Стандартинформ, 2019. - 43 с.

141. ГОСТ 33-2016 Нефть и нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической и динамической вязкости. М. : Стандартинформ, 2017. - 35 с.

142. Зацерклянный, О.В. Пьезоэлектрические материалы вибрационных преобразователей плотности вязких жидкостей / О.В. Зацерклянный, А.Е. Панич // Физические основы приборостроения. - 2020. - № 3. - С. 46-51.

Приложение А Протоколы испытаний ВПП в диапазоне температур от минус 70 до 400 оС с различными ПКМ

Таблица А.1 - Коэффициент преобразования ВПП с ПКМ ЦТС-19

Температура оС Номер измерения Среднее значение, ки

1 2 5

Ивх, В. Цвых, В. Ивх, В. Ивых, В. Ивх, В. ивь^ В.

-70 3,02 3,57 3,00 3,49 3,00 3,76 1,20

-40 3,00 3,59 3,02 3,59 3,02 3,48 1,18

-10 3,00 3,54 2,99 3,46 3,02 3,63 1,18

20 3,02 3,48 3,00 3,45 3,02 3,65 1,17

50 2,99 2,96 2,98 2,93 2,98 2,88 0,98

80 3,01 3,17 2,99 3,07 3,02 3,05 1,03

120 3,01 3,22 3,02 3,17 2,98 2,98 1,04

150 3,01 2,88 2,99 2,79 2,98 3,02 0,97

Таблица А.2 - Коэффициент преобразования ВПП с ПКМ ЦТС-Р и ЦТС-19П

Температура оС Номер измерения Среднее значение, ки

1 2 5

Ивх, В. Ивых, В. Ивх, В. Ивых, В. Ивх, В. Ивых, В.

-70 3,01 11,22 3,02 11,28 3,01 10,95 3,70

-40 3,02 10,70 3,02 10,63 2,99 10,94 3,57

-10 2,98 11,30 3,02 11,35 3,00 11,30 3,77

20 3,01 11,73 3,01 11,69 3,02 11,92 3,91

50 3,00 12,82 2,99 12,68 3,02 12,88 4,26

80 3,00 12,20 2,99 12,18 2,98 11,94 4,05

Таблица А.3 - Коэффициент преобразования ВПП с ПКМ ЦТС-19М и ЦТС-19П

Температура оС Номер измерения Среднее значение, ки

1 2 5

Ц№ В. ивь^ В. Ц№ В. ивь^ В. Ц№ В. Цвых, В.

-70 2,99 8,85 2,99 8,76 3,01 8,92 2,95

-40 3,00 8,43 3,00 8,51 3,00 8,26 2,80

-10 2,99 7,80 3,02 7,93 2,99 7,83 2,62

20 3,00 6,27 3,00 6,31 2,98 6,11 2,08

50 3,02 6,61 3,00 6,55 2,99 6,30 2,16

80 3,00 6,21 2,98 6,26 3,02 6,44 2,10

120 3,02 5,82 3,02 5,90 3,01 5,82 1,94

150 3,01 5,78 3,02 5,86 3,00 5,52 1,90

Таблица А.4 - Коэффициент преобразования ВПП с ПКМ ЦТС-36

Температура оС Номер измерения Среднее значение, ки

1 2 5

Цвх, В. Цвых, В. Цвх, В. Цвых, В. Цвх, В. Цвых, В.

-40 2,99 4,45 3,02 4,45 3,02 4,83 1,52

-10 2,99 4,52 3,00 4,63 2,99 4,25 1,49

20 3,02 3,82 2,99 3,83 3,02 3,54 1,24

50 3,01 4,17 3,02 4,09 2,99 4,18 1,38

80 3,00 3,76 2,98 3,78 2,98 3,66 1,25

120 3,02 3,49 3,02 3,40 3,02 3,79 1,18

150 2,98 3,34 3,02 3,40 3,02 3,17 1,10

200 3,02 3,16 2,98 3,04 2,99 3,34 1,06

250 3,01 2,96 2,98 2,89 3,02 3,27 1,01

Таблица А.5 - Коэффициент преобразования ВПП с ПКМ НТВ-2

Температура оС Номер измерения Среднее значение, ки

1 2 5

В. Uвых, В. и^ В. Uвых, В. и^ В. Uвых, В.

20 10,01 0,91 10,01 0,94 10,00 0,94 0,093

50 10,01 0,81 9,99 0,84 10,02 0,66 0,077

80 10,01 0,60 10,02 0,53 10,01 0,67 0,060

120 9,98 0,70 9,98 0,70 10,01 0,71 0,070

150 10,01 0,67 9,99 0,75 10,01 0,74 0,072

200 10,01 1,07 10,02 1,16 10,02 0,71 0,098

250 10,02 0,94 10,02 0,87 10,00 0,99 0,093

300 10,00 0,79 9,98 0,80 10,00 0,66 0,075

350 9,99 0,69 10,00 0,67 9,98 0,44 0,060

400 9,99 0,50 9,99 0,54 10,02 0,37 0,047

Приложение Б Оборудование и средства измерений

Таблица Б.1 - Средства измерений и вспомогательные средства

Наименование средства испытаний Основные технические и метрологические характеристики средств испытаний

1 2

При измерении плотности жидкости

Диапазон измерений плотности не ме-

Плотномер лабораторный -5 нее (620 - 1630) кг/м , пределы абсо-

ВИП-2МР лютной погрешности не более ± 0,1 кг/м3

Набор стеклянных капиллярных вискозиметров типа ВПЖ и вспомогательное оборудование в соответствии с ГОСТ 332016 Диапазон измерений вязкости 0 - 10000 мПа*с, относительная погрешность измерения вязкости не более ± 0,3 %

Частотомер электронно- Диапазон измерений, Гц: от 1 мГц до

счетный ЧЗ-85 или с характе- 200 МГц, погрешность опорного источ-

ристиками не хуже п ника 2х10- / год

Термометр лабораторный электронный ЛТ-300 или с характеристиками не хуже Пределы абсолютной погрешности не более ± 0,05 °С

Термостат жидкостный цирку- Диапазон регулирования температур,

ляционный, типа «ТЕРМО- °С: от минус 50 до плюс 50

ТЕСТ-05-02» или с характери- Нестабильность поддержания темпера-

стиками не хуже туры, не более ± 0,1 °С

1 2

Стакан мерный из полипропилена или стекла -5 Вместимость 1000 см

Жидкости-компараторы

Гексан по ТУ 6-09-3375-78 Диапазон плотности при 20 оС (683 -687) кг/м3

Спирт этиловый ГОСТ 18300- Диапазон плотности при 20 оС (789 -

8В7о да дистиллированная по Номинальная плотность при 20 оС

ГОСТ 6709-72 998,2 кг/м3

Жидкости-компараторы МИ 1289-86, ГОСТ 13032-77 в диапазоне вязкости от 1,5 до 1000 мПас

При измерении плотности газа

ГСССД 4-78 Плотность, энтальпия, эн-

Азот газообразный, повышен- тропия и изобарная теплоемкость жид-

ной чистоты по ГОСТ 9293- кого и газообразного азота при темпе-

2006 ратурах 70 - 1500 К и давлениях 0,1 -100 МПа

Верхний предел измерения 25,0 МПа.

Датчик давления Пределы перенастройки, МПа: 16,0;

415ДИ-25МПа/0,1 -Я8485 или с 10,0; 6,0; 4,0; 2,5; 1,6; 1,0. Допускаемые

характеристиками не хуже пределы основной погрешности измерения, не более ± 0,1 %

Барометр анероидный типа Цена деления 0,1 кПа, погрешность,

БАММ-1 кПа, не более ± 0,2 кПа

1 2

Термометр лабораторный электронный ЛТ-300 или с характеристиками не хуже Пределы абсолютной погрешности не более ± 0,05 °С

Испытательный стенд Т804.100 или аналогичный Рабочее абсолютное давление до 16 МПа, диапазон рабочих температур от минус 40 до 85 °С

Камера климатическая типа Еврее РО-4КТ, или аналогичная с характеристиками не хуже Диапазон регулирования температур, оС, от минус 70 до 100 Нестабильность поддержания температуры ± 0,5 оС

Вспомогательное оборудование и материалы

Источник постоянного тока типа Б5-8, Б5-45 или с характеристиками не хуже Наибольшее значение напряжения на выходе 50 В Допускаемое отклонение, не более ± 0,5 % от установленного значения напряжения

Вольтметр цифровой В7-73 по ГОСТ Р 51350-99, или с характеристиками не хуже Верхний предел измерений напряжения постоянного тока 200 В Предел допускаемой основной погрешности измерения напряжения постоянного тока ± 0,015 % от и + 2 единицы младшего разряда, где и - значение измеряемого напряжения Цена единицы младшего разряда 100 мкВ при измерении напряжения постоянного тока в пределах 2 В

1 2

Преобразователь сигналов (конвертер) К8485/Я8232, или К8485/ШБ

Дополнительное оснащение термостата Столик (регулируемый) Крышка (установочная)

Бумага фильтровальная марки ФБ или ФС ГОСТ 12026-76

Описание БИК, методика и протоколы испытаний плотномера

Блок измерений показателей качества нефти является составной частью системы измерения количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов (СИКН). СИКН применяются при ведении приёмо-сдаточных операций для учёта нефти и нефтепродуктов при их транспортировке по трубопроводам. По результатам измерений показателей качества нефти в БИК формируется информация для оперативного контроля работы и расчёта технологических режимов нефтепроводов. В зависимости от параметров рабочей среды и требований системы состав БИК отличается. При типичном исполнении в его состав входят приборы для измерения температуры среды, давления, плотности, вязкости, содержания воды и серы. На рисунке В.1 представлена схема отображения техпроцесса БИК из системы АСУТП.

Рисунок В.1 - Визуализация техпроцесса измерений качества нефти и

нефтепродуктов в БИК

Для обеспечения бесперебойной работы и надёжности измерений системы учёта в БИК применяется обязательное дублирование измерительных приборов. Основной и дублирующий однотипные приборы располагаются в линии последовательно друг за другом. Параллельно включены только входные насосы, обозначенные на схеме как Н16 и Н26. Работа насосов контролируется датчиками перепада давления ППД16, ППД26, ППД36 и ППД46. Далее проводится контроль плотности плотномерами Пл1 и Пл2, а также измерение температуры и давления датчиками ПТ16, ПТ26 и ПД16. После этого измеряются влажность, содержание серы и вязкость среды. На выходе схемы расположен объёмный расходомер УПР16. БИК оснащен дренажной системой для аварийного или технологического сброса жидкостей.

При проведении испытаний в местах эксплуатации на действующих объектах ПАО «Транснефть» разработанный плотномер устанавливался вместо дублирующего плотномера и подключался к существующей АСУТП. Измеренные значения плотности отображались в системе и архивировались. В качестве примера далее представлены протоколы контроля метрологических характеристик и распечатки трендов штатного плотномера Solartron 7835 и разработанного плотномера ППВ-6.3.У1-ВН, полученные входе испытаний на одном из объектов.

Акты об использовании результатов работы

L

ООО «Пьезоэлектрик»

Россия, 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Мильчакова, 10 Тел.[phone], тел./факс [phone]; ИНН 6168010514, КПП616801001 E-mail: inboxfaipiezo.su www.piezoelectric.ru

Приборы для измерения давления, уровня, расхода и температуры

УТВЕРЖДАЮ Дире1?тор 1 Б^гуш

«¿Я »09 "У 2020

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы «Исследование и разработка прецизионного плотномера жидкостей и газов на основе камертонного вибропреобразователя» Зацерклянного Олега Владимировича

Комиссия в составе:

Председатель - Шатуновский О.В. главный инженер, члены комиссии:

Данильченко Д.Э. - инженер, Макаров Д.Г. - инженер,

подтверждает, что результаты диссертационной работы Зацерклянного О.В. были использованы при разработке опытных образцов преобразователя плотности ПП-25-6,З.У1 и преобразователя вязкости ПВ-25-6,З.У1, а также при разработке и внедрении в производство преобразователя плотности и вязкости ППВ-6,З.У1-Вн. Отдельные результаты работы применяются для улучшения характеристик серийно выпускаемого плотномера 804.

Особую практическую значимость имеет метод калибровки вибрационного плотномера по двум средам с известной плотностью. Он даёт возможность значительного повышения эффективности техпроцесса при производстве приборов, а также позволяет потребителю проводить калибровку приборов непосредственно на месте эксплуатации.

Разработанные алгоритмы термокомпенсации и снижения влияния вязкости на погрешность измерения позволили повысить точность и расширить спектр применения выпускаемого прибора, в том числе для высоких температур и вязких жидкостей.

Разработанный в результате выполнения диссертационной работы преобразователь плотности и вязкости получил свидетельство об утверждении типа средств измерений № 73884 и был признан пригодным к применению на объектах ПАО «Транснефть».

Председатель

члены:

О.В. Шатуновский

Д.Э. Данильченко

Д.Г. Макаров

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

■11ШМ1 МШНКШНМ! 1ШДПГМШ

Российская Федермпи, Рсспубднга Башкортостан Юридический цкс 450106, i Уфа. ул Менделеева, д. 114, Почтовый аарес: 450056, г. Уфа, ул Рихарда Чорге. д. 9, ИНН 0274106520. КПП 027401001. ОГРН 1050204014651, ОКПО 77852729, Течефпн факс (U7) 293-93.33 293-51-6?.http teth-ncw ш. niw icch-ncw ru

АКТ

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ч^ПП «Новые Технологии» Технологии '¡РЩ я.Р. Сафаров

// 2020

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы «Исследование и разработка прецизионного плотномера жидкостей и газов на основе камертонного вибропреобразователя» Зацерклянного Олега Владимировича

Комиссия в составе: Председатель:

-директор по перспективному развитию P.P. Сафаров, члены комиссии:

- главный метролог Э.А. Шарипова,

- начальник научно-технического отдела С.Н. Федоров подтверждает, что результаты диссертационной работы Зацерклянного О.В. были использованы при разработке системы измерения массового расхода сырой нефти непосредственно на месторождениях. Система прошла успешные испытания на объектах АО «Самотлорнефтегаза», ОАО «Ульяновскнефть» и ООО «Иркутская Нефтяная Компания».

Особую практическую значимость имеет возможность измерения плотности от нуля и до заявленного максимума независимо от параметров рабочей среды (компенсации влияния температуры и вязкости на параметры резонатора), содержания и количества растворенного газа при измерении

плотности жидкости с растворенным газом.

Применение плотномера в комплекте с объемным вихревым расходомером для вычисления массы добываемой жидкости с последующим вычислением массы нефти и воды позволяет:

- привести в соответствие измерения дебита продукции нефтяных скважин к требованиям ГОСТ Р 8.615-2005 по измерению массового расхода сырой нефти, нефти без учета воды, а также объемного расхода газа, приведенного к ст. условиям.

- в режиме реального времени проводить измерения плотности, вычисления влагосодержания добываемой жидкости с последующим вычислением массы жидкости, обезвоженной нефти, тем самым, уменьшая погрешность определения массы обезвоженной нефти относительно режимных значений;

- оптимизировать состав применяемых средств для измерения дебита продукции нефтяных скважин;

- приступить к разработке устройств для измерения дебита продукции нефтяных скважин с применением одной измерительной линии, с использованием одного расходомера в комплекте с поточным плотномером для поочередного измерения продукции нефтяной скважины: объема газа и массы жидкости и вычислением в жидкости массы нефти и воды.

Анализ работы модернизированных измерительных установок показал возможность применения массовых расходомеров жидкости типа ЭРМАСС.НТ (включающих в себя расходомер жидкости ЭРВИП.НТ и прецизионный вибрационный плотномер жидкости) на жидкостной измерительной линии одиночных скважин. Расходомер ЭРМАСС.НТ прошел испытания в целях утверждения типа СИ и внесен в Госреестр средств измерений под регистрационным номером 70585-18. г

Председатель члены:

Особую практическую значимость имеет метод калибровки вибрационного плотномера по двум средам с известной плотностью. Он даёт возможность проводить калибровку приборов непосредственно на месте эксплуатации.

Конструкция резонатора обеспечивает снижение влияния широкополосной вибрации корпуса воздушного судна на частоту колебаний вибропреобразователя. Это позволяет обеспечить высокую точность и стабильность измерений плотности авиационного топлива во всех режимах эксплуатации.

Разработанные алгоритмы снижения влияния вязкости на погрешность измерения позволили повысить точность работы плотномера во всем диапазоне вязкостен авиационных топлив, определяемой широким эксплуатационным диапазоном температур окружающей среды.

Члены комиссии:

Председатель:

А.Ю. Новиков

Х/ ¿/¿/С Д А. Андрушенко

В .А. Трусенев

В.И. Горбачев

& ^(Ц0Г.1\ Л-П- Явтушинский

Патент на полезную модель

Заявка № 2016145704

Приоритет полезной модели 22 ноября 2016 г. Дата государственной регистрации в Государственном реестре полезны* моделей Российской Федерации 17 марта 2017 Срок действия исключительногоправа на полезную модель истекает 22 ноября 2026 г.

З^КТУЛ^

флгзо,?

Руководитель Федеральной службы по питал актуальной собственности

Г.П. Ивлиев

ШООТМЕСТКАШ #ВД№АЩЖЖ

на полезную модель

№ 169441

ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ

Патентообладатели: Публичное акционерное общество

"Транснефть" (ПАО "Транснефть") (ЯС1), Акционерное

общество "Транснефть ~ Пр иволга" (АО "Транснефть -

Приволга") (Яи), Акционерное общество "Транснефть

Центральная Сибирь " (АО "Транснефть - Центральная

Сибирь") (III/), Акционерное общество "Трасиефть -

Прикамье" (АО "Транснефть Прикамье") (К1!)

Авторы: ели на обороте