научная статья по теме МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ Энергетика
Текст научной статьи на тему «МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ»
1. Азаров В. Н., Каперко А. Ф. Анализ состояния и перспектив развития датчиков и преобразователей информации в системах измерения, контроля и управления // Тез. док. XII науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Датчик-2000) / Под ред. В. Н. Азарова. - М.: МГИЭМ, 2000. - С. 5-6.
2. Надеев А. И. Интеллектуальные магнитострикционные преобразователи информации // Датчики и системы. -2002. - № 5. - С. 16-20.
3. Ткачев С.В. Планирование эксперимента в задачах многофакторных испытаний средств измерений: Автореф. дис. д-ра техн. наук. - Пенза., 1997. - 315 с.
4. Критенко М. И, Таранцев А. А., Щебаров Ю. Г. О проблемах предварительного анализа результатов многофакторных испытаний и оценки значимости влияния факторов // Известия академии наук. Теория и системы управления. -1996. - С. 174-176.
Альмансур Измайлович Надеев — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Электрооборудование и автоматика судов" ФГОУ ВПО "АГТУ";
Максим Альмансурович Надеев — канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры "Электрооборудование и автоматика судов" ФГОУ ВПО "АГТУ";
Вадим Юрьевич Маньков — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры1 физики ФГОУ ВПО "АГТУ";
Михаил Валерьевич Жарков — инженер кафедры1 "Электротехника" ФГОУ ВПО "АГТУ";
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ
Описан магнитострикционный преобразователь температуры, уровня и массы нефтепродуктов в резервуарах. Показано, что на точность измерения параметров нефтепродуктов не влияют градиенты температуры по высоте резервуара и по уровню нефтепродукта.
Ключевые слова: нефтепродукты, резервуар, магнитострикционные уровнемеры, средняя температура, уровень, масса, магнитострикционный преобразователь параметров нефтепродуктов.
В настоящее время в стационарных резервуарах АЗС и АГЗС, нефтебаз и резервуарных парков хранения ГСМ и сжиженных углеводородных газов массу т нефтепродуктов (НФП) в резервуарах определяют объемно-массовым методом по формуле [1]:
т = У(И)р& = ¿(Я)Яр20(1 + РА©), (1)
где У(И) — вместимость резервуара при уровне НФП, равном И; £(И) — градуировочная таблица резервуара; р@ и Р20 — плотность НФП при температурах © и 20 °С соответственно; в — температурный коэффициент объемного расширения НФП;
(© — средняя температура НФП в резервуаре).
В России и за рубежом выпускается широкая номенклатура магнитострикционных уровнемеров (МСУ), основным элементом которых является поплавковый магнитострикционный датчик уровня (магнитострикционный преобразователь
перемещений), и "линейка" контактных датчиков температуры, устанавливаемых по высоте резервуара [2].
К достоинствам магнитострикционных уровнемеров относятся большой диапазон измерения уровня и высокая эксплуатационная надежность при работе как в агрессивных средах, так и в широком диапазоне температур (-45. +120 °С).
Однако известные МСУ имеют невысокую точность измерения средней температуры НФП в резервуарах. Объясняется это: во-первых, градиентом средней температуры по уровню НФП, который может достигать 15. 20 °С, и градиентом воздушной среды над НФП в резервуаре; во-вторых, способом измерения средней температуры НФП [1]. Обычно средняя температура НФП в резервуарах в известных МСУ определяется путем усреднения результатов измерения температуры от тех контактных датчиков температуры, которые находятся в жидкой среде. Число датчиков температуры, размещаемых по высоте резервуара, невелико. Так, например, в магнитострикционных уровнемерах "Струна-М" (ЗАО "НОВИНТЕХ") и
Магнитострикционный преобразователь параметров нефтепродуктов в резервуаре
"ПМП-200" (НПП "Сенсор") число датчиков температуры равно трем при диапазоне измерения уровня от 0 до 6 м, а в системе "Level Plus" ("MTS SENSORS") число датчиков температуры равно пяти при диапазоне измерения уровня от 0 до 18 м [2]. Поэтому погрешность определения средней температуры НФП зависит от его уровня в резервуаре.
Кроме того, в резервуарах с НФП всегда существует градиент температуры по высоте резервуара, который зависит как от температуры воздушной среды в резервуаре, так и от температуры и уровня НФП, что вносит дополнительную погрешность в результат измерения уровня и массы НФП в резервуаре.
В АГТУ на основе принципа инвариантности разработан магнитострикционный преобразователь параметров НФП (МПП НФП), обладающий повышенной точностью [3]. Структурная схема МПП НФП приведена на рисунке.
МПП НФП состоит из магнитострикционно-го преобразователя уровня 4, установленного в резервуаре 2 и электронного блока 18. Магнитострикционный преобразователь уровня содержит ферромагнитные волноводы 3 и 8, концы которых помещены в демпферы 6 и 12, причем у демпфера 6 расположены элементы регистрации упругих волн 5 и 7. Волноводы, демпферы и элементы регистрации упругих волн размещены в немагнитном цилиндрическом корпусе 9, по поверхности которого перемещается поплавок 1 с постоянным магнитом 10. Постоянный магнит 11 у демпфера 12 неподвижен. Постоянные магниты выполнены кольцевыми и намагничены по обра-
зующей. Электронный блок 18 содержит генератор импульсов тока возбуждения 14, усилители-формирователи временных интервалов 15 и 16, блок управления 13, вычислительное устройство 17, в память которого перед измерением заносятся плотность НФП Р20 и температурный коэффициент объемного расширения НФП р.
Волноводы выполнены из материалов, физические константы которых (скорости крутильных волн Сю и С20 при температуре 20 °С и температурные коэффициенты скоростей крутильных волн а^ и а2) различны, т. е. Сю * С20 и а^ * а2. Физические константы волноводов заносятся в память вычислительного устройства 17 при изготовлении МПП НФП. Волноводы соединены последовательно и подключены к генератору импульсов тока возбуждения 14.
МПП НФП работает следующим образом. По команде от блока управления 13 усилители-формирователи временных интервалов 15 и 16 и вычислительное устройство 17 устанавливаются в исходное состояние, а на выходе генератора импульсов тока возбуждения 14 возникает импульс тока, при взаимодействии которого с постоянными магнитами 10 и 11 в волноводах 3 и 8 возникают импульсы крутильных волн (прямой эффект Видемана), которые распространяются в обе стороны по участкам волноводов, расположенных соответственно в воздушной и жидких средах (от мест возбуждения) со скоростями, равными:
С1В = С10(1 + а1А©в);
С2В = C20(1 + а2А©в); C1 = Сю(1 + а^А©); C2 = C2o(1 + а2А©);
Здесь ©в — средняя температура на участках волноводов протяженностью Нт — Н; С1 и С2 — скорости крутильных волн в волноводах 3 и 8, участки которых протяженностью Н находятся в НФП, температура которых равна ©.