WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

hд = hм.п.1 + hн + hэ + hв + hм.п.2, (1)

где hм.п.1 и hм.п.2 – слои механических примесей легкой (битумы, парафины) и тяжелой (глина, песок) фракций; hн, hэ, hв – слои нефти, эмульсий и воды.

Показано, что для контроля динамических уровней указанных слоев нефтяных смесей необходимо измерение соответствующих их параметров. При этом процесс дренирования составных фаз нефтяных сред должен выполняться при совмещении режимов измерения, управления и сигнализации технического состояния ИИУС и оборудования УПН. Таким образом, разработка СДМС позволяет выявить полный перечень измеряемых физических величин для последующего определения используемых типов датчиков. Проведенный анализ существующих классов датчиков температуры и давления на нефтепромыслах и других отраслях промышленности указывает на перспективу использования РСД в первичных измерительных цепях. При анализе существующих измерителей состава нефтяных сред выявлены перспективные датчики на основе ИСД и ЕСД.

В этой же главе исследована возможность использования принципа инвариантности в измерительной технике для анализа и синтеза составных КП в ИИУС, реализуемых в процессах измерения, управления, сигнализации, и описываемых независимыми уравнениями

где aij - операторы взаимных связей; - количество свободных членов уравнений; xij - исследуемые информационные параметры; fi– влияющие факторы.

При этом необходимым условием достижения инвариантности исследуемых систем является наличие в них не менее двух каналов передачи воздействия между точкой приложения и точкой, относительно которой достигается инвариантность. Достаточным условием достижения инвариантности исследуемых систем является неравенство нулю якобиана из дифференциальных уравнений описания их элементов.

Указаны два основных направления разработки методов преобразования сопротивлений датчиков и комплексирования КП, инвариантных к влияющим факторам исследуемой среды и неинформативным электрическим факторам ИИУС.

Первое из них предполагает реализацию передающих частей ИИУС для умеренных температурных условий эксплуатации при их комплексировании РСД, ИСД и ЕСД с преобразовательными цепями. В случае исследований высокотемпературных нефтяных сред необходима реализация датчиков с непосредственным подключением РСД, ИСД и ЕСД к выводам двухпроводной ЛС. Поскольку первая группа ИИУС наиболее подвержена воздействиям влияющих факторов среды в условиях ее многофазности и многокомпонентности, поэтому установлена необходимость двухсторонней синхронизации преобразуемых сигналов в приемной и передающей частях с комплексами КП, и введение в передающую часть ИИУС с образцовыми сигналами для повышения надежности и информативности.

Во второй группе реализуемой ИИУС принцип организации КП может быть выполнен только за счет адресации РСД и образцового резистора в составе канала преобразования образцовых мер КП0. В этом случае приведены основные математические соотношения при выводе уравнения преобразования на примере двухканальных структур. Применение такого принципа преобразований дает возможность организации многоканальной структуры датчиков в соответствии с выявленными условиями измерений.

В конце главы рассматриваются методы анализа измерительных сигналов с установившимися и переходными процессами.

Во второй главе рассмотрена разработанная структура универсального модуля ИИУС, обеспечивающая выполнение режимов измерения, управления и сигнализации. Данная структура устанавливает возможность одновременного измерения комплекса гидродинамических параметров УПН на основе резистивных, индуктивных и емкостных датчиков. Показано, что аналоговые сигналы различных датчиков Дi поступают через коммутатор на вход АЦП микроконтроллера. Информацию, обработанную в микроконтроллере можно воспроизвести визуально. По интерфейсу модуль связывается с каналообразующей аппаратурой для обмена данными с центральным диспетчерским пультом, а алгоритм обмена информацией с помощью протокола, принципы функционирования которого зависят от количества измерительных модулей в сети, предназначения системы, оперативности представления данных и др.

Установлена реализуемость многоканальных и многофункциональных способов обработки сигналов датчиков, включаемые в структуры унифицированных модулей ИИУС. На основе принципа многоканальности и метода образцовых мер была разработана обобщенная структурная схема многоканальных ИИС. Первая из них построена с возможностью замены протяженной ЛС на цепи с сосредоточенными параметрами для адекватного описания процесса многофункционального преобразования сопротивлений датчиков в КП0 образцовой меры и КПi измерительной информации. Ассиметричная схема включения таких КП позволила учесть влияющие факторы в результате выполнения инвариантных алгоритмов вычислительных процедур.

Неограниченное комплексирование многофункциональных датчиков в передающей части ИИС реализовано второй обобщенной схемой, в которой цикловые синхросигналы с выхода источника единичных возмущений через ЛС поступают в комплексный прибор и управляют промежуточным аналого-цифровым преобразованием источника информационных возмущений от многофункциональных датчиков. Выходные сигналы с этих канальных источников поступают по интерфейсной шине в приемную часть МТИС для выполнения над ними инвариантных алгоритмов вычислительных процедур. Условия физической реализуемости этих МТИС найдены при дополнительном введении КП0 образцовой меры на передающей части.

Для исследований пространственно-распределенных параметров объектов рассмотрены многоканальные ИИС с пространственным разделением каналов на основе активных преобразовательных элементов (рис. 2).

МИЦ0 и МИЦn - мостовая измерительная цепи с образцовыми и измерительными ЧЭД; КП0 и КПn – образцовый и измерительные каналы преобразования; Uп – напряжение питания; Rэкв, Rиз, rл – эквивалентное сопротивление, сопротивления изоляции и соединительной линии; Rх - РСД

Рис. 2. Блок - схема ПИП с пространственным разделением каналов МТИС

Показано, что инвариантность датчиков с РСД по отношению к помехам (условно не указанных на чертеже) достигается при введении канала преобразования образцовой меры КП0 с идентичными преобразовательными элементами. Поэтому уравнение шкалы преобразования получается в следующих условиях. В описание уравнения преобразования КП0 входят изменения стандарт-сигнала при изменениях температурных дрейфов МИЦ0 и усилителей, а также величина помехи Еп. В связи с тем, что помехи Еп одинаково воздействуют на КП, поэтому уравнение преобразования КП1 помимо изменения информационного сигнала будет также содержать соответствующие величины напряжений от изменений температурных дрейфов МИЦ1 и усилителей, а также величины помехи Еп. Установлено, что при разности уравнения преобразования КП1 и уравнения преобразования КП0 нежелательные дрейфы и помехи взаимоуничтожаются, чем достигается повышение точности, чувствительности и надежности измерений. Аналогично этому условию выводятся уравнения для разных групп датчиков n.

Для контроля примесей в различных нижних слоях многофазных сред в УПН разработана двухфункциональная структура датчика на основе вибрационно-частотного чувствительного элемента датчика (ЧЭД), как показано на рис.3.

Рис. 3. Блок - схема ПИП на основе ИСД а) и его градуировочные характеристики б)

Сущность измерения состава многофазных сред с избирательными режимами преобразований датчика с ИСД заключается в следующем. В исследуемую многофазную среду погружают ЧЭД с ИПСД и возбуждают в этой среде упругие колебания. При этом измеряют девиации частот fi в двух частотных диапазонах (i=2), и по отклонению их от резонансных значений в эталонной среде (например, в воздухе) со значениями f0j (j=2) определяют концентрации примесей i соответствующих фаз нефтяных смесей. Для определения высоты расслоенного участка механических примесей твердой фракции на дне отстойного аппарата выполняется измерение концентрации воды в механических примесей в КПм.п.. Для этого датчик концентрации устанавливается в верхней части слоя указанных механических примесей, функционирующий в частотном диапазоне упругих колебаний до 200 Гц. В нижней части слоя воды устанавливается датчик концентраций механических примесей в воде с диапазоном упругих колебаний от 200 Гц до 6000 Гц. В верхней части слоя воды устанавливается датчик концентраций эмульсий в воде с частотным диапазоном упругих колебаний от 200 Гц до 6000 Гц. В нижней части слоя нефти устанавливается ИП концентраций эмульсий в низкочастотном диапазоне до 200 Гц.

Инвариантность датчика с ИСД по отношению к влияющим факторам среды достигается путем введения КП0 с коэффициентом преобразования К03. Тогда значения коэффициентов преобразования для двух измерительных КП11 и КП22 с учетом взаимовлияющих каналов КП12 и КП21 выводятся в следующих соотношениях:

Обеспечение условий достижения инвариантности индуктивного датчика по отношению к неинформативным электрическим факторам находятся в модельном представлении схемы замещения и решении ее динамических уравнений.

Аналогично этим условиям выполняется достижение инвариантности датчика с ЕСД по отношению к влияющим факторам соответственно время-импульсному режиму функционирования (рис. 4).

Рис. 4. Блок-схема датчика влажности с ЕСД а) и его градуировочные характеристики б)

Блок-схема диэлькометрического влагомера состоит из опорного генератора 1, первого делителя частоты следования импульсов 2, блок фазовой автоподстройки частоты 3, автоматический управляемый генератор 4, второй делитель частоты следования импульсов 5, элемент И-НЕ 6, формирователи импульсов записи 7 и импульсов установки 8, устройство масштабирования 9, вычитающее устройство 10 и цифровой вольтметр 11. Данная схема устройства работает во время импульсном режиме функционирования.

На основании обобщенной схемы ИИУС была разработана для исследований высокотемпературных объектов МТИС с непосредственным подключением группы РСД и образцового сопротивления (рис. 5). Для приведенной схемы в качестве коммутатора передающей части используется, например, группа магнитодиодов (или герконовых реле), устанавливаемых напротив вращающегося вала с постоянным магнитом вертушечного расходомера. Показано, что условие инвариантности МТИС выполнены за счет адресного комплексирования и преобразования РСД в передающей части и адресного восстановления информации в приемной части ИИУС, а также временной привязки различных процессов преобразований.

БП – блок питания; ФАС – формирователь аналоговых сигналов; ФИ – формирователь импульсов; ЛС – линия связи; БВ – блок вычисления

Рис. 5. Структурная схема многоканального МТИС с РСД

Алгоритм инвариантного преобразования становится возможным при выводе системы i независимых уравнений преобразований РСД в следующем виде:

Uti = I (Rxi + Rлс + Rdi) + En.

При условии одинаковых изменений величин омических сопротивлений канальных переходов в коммутаторах передающей части МТИС (Rdi Rd(i+1)), вычитая из уравнения КП0 уравнение для измерительных каналов, получим уравнения преобразования для любого РСД в виде Rxi = Ui/I. Полученное выражение показывает на инвариантное соотношение преобразуемых значений РСД по отношению к комплексу помех, наводимых в КС МТИС. Для указанных типов датчиков с РСД, ИСД и ЕСД получены инвариантные структуры при вариациях амплитуды, а также амплитуды и частоты сигналов.

Найдены направления реализации многофункционального датчика (МФД) с индуктивно-емкостным вибрационным чувствительным элементом для измерений объемных концентраций водонефтяных эмульсий (рис. 6).

Конструктивно датчик представляет собой мембрану в виде пластины, которая через упругие пружины соединены к корпусу. В указанной схеме корпус является вторым электродом датчика и относительно его крепится электромагнитная система на изоляторах (условно не указанных). Электромагнитная система датчика представляет собой обмотку возбуждения 1, которая посредством изоляторов крепится на кронштейне 2. Ходовая втулка 3 размещена внутри обмотки возбуждения 1, а кронштейн 2 устанавливается с помощью крепежных втулок 4 к корпусу датчика. Упругие пружины 5 размещены между подвижным 6 и нулевым 7 электродами. Подвижный электрод 6 представляет собой мембрану в виде пластины, которая крепится с ходовой втулкой 3. Нулевой электрод 7 является корпусом датчика.

В процессе создания МФД концентраций эмульсий выявлена его функциональная особенность с необходимостью введения двух взаимодействующих каналов – канала преобразования вязкости КП и канала преобразования влажности КПW (рис. 7). Согласно приведенной функциональной схеме КП состоит из входного коммутатора, датчика тока (ДТ) в цепи обмотки возбуждения (ОВ) электромагнитной системы, триггера (Тг) управления ОВ и Тг управления кодируемыми импульсами, логических элементов 2И и 2ИЛИ, а также кодируемого счетчика (Сч) с выходными информационными кодами N.

1 – обмотка возбуждения (ОВ); 2 – кронштейн; 3 – ходовая втулка; 4 – крепежные втулки; 5 – пружины; подвижный 6 и нулевой 7 электроды

Рис. 6. Схематическая конструкция МФД концентраций эмульсий а) и его градуировочная характеристика б)

Канал влажности КПW состоит из чувствительного элемента датчика (ЧЭД), измерительной цепи (ИЦ), ограничителя зазора (ОЗ), формирователя цикловых импульсов (ФЦИ), коммутатора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выходными информационными кодами NW. При этом установлено, что результаты устойчивых измерений объемных концентраций эмульсий на основе МФД могут быть получены с учетом номинальных градуировочных характеристик каналов преобразования вязкости КП и влажности КПW(Di) с различными i характеристиками дисперсионности состава, как изображено на рис. 6, б.

В соответствии обобщенной схеме ИИУС разработана структура цифровых МТИС в составе измерительных и управляющих микроконтроллеров (рис. 8). Для этих датчиков уменьшены противоречия между быстродействием, информативностью, надежностью и снижением габаритных размеров датчиков за счет совершенствования их структур. Показано, что совершенствование физических принципов используемых КПх и способов измерений комплексов технологических параметров дает возможность получить наиболее рациональные структуры МТИС с использованием образцовых КП с выходными стандарт-сигналами.

Рис.7. Функциональная схема датчика концентрации эмульсий

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.