Вибрационный плотномер

Вибрационный плотномер — прибор, предназначенный для преобразования значения плотности контролируемой среды в аналоговый или цифровой электрический сигнал для передачи его в системы телеметрии или автоматики и/или отображения значения плотности на цифровом табло.

Известны вибрационные плотномеры проточные, предназначенные для контроля плотности движущейся в трубопроводе среды, и погружные (или зондовые), для контроля плотности среды как в трубопроводах, так и в резервуарах.

Вибрационный зондовый плотномер содержит электромеханическую колебательную систему, обычно в виде камертона (вилки), возбуждаемую на резонансной частоте с помощью одного или двух пьезоэлектрических преобразователей. Резонансная частота колебательной системы зависит от плотности окружающей камертон среды и от жесткости металла вибрирующего камертона. Для компенсации жесткости металла, электроника современных плотномеров обычно измеряет температуру сенсора и осуществляет компенсацию измеренной плотности от температуры продукта (влияющую на жесткость металла). Используются для измерения плотности жидкости (включая пульпы) и газов под давлением.

Проточные вибрационные плотномеры жидкости используют для измерений в трубопроводе нефти / нефтепродуктов и иных жидких сред (включая пульпы) в различных отраслях промышленности. Датчик такого плотномера имеет одну или 2 вибрирующие на резонансной частоте сенсорные трубки (зажатые между входного и выходного фланца). В датчиках с прямыми трубками, трубки с фланцами обычно соединяется через сильфоны (для обеспечения свободных колебаний сенсора). В датчиках с изогнутыми трубками, сами трубки обычно имеют жесткое соединение с входными/выходными фланцами. В любом исполнении, трубки вибрируют под воздействием электромагнитной системы возбуждения на резонансной частоте, зависящей от массы среды внутри трубок (зависящей от плотности среды и внутреннего объема трубок (зависящего от температуры)) и от механической жесткости системы (зависящей от температуры). Аналогично зондовым плотномерам, плотность продукта рассчитывается электроникой прибора по резонансной частоте и температуре продукта. Вибрационные плотномеры с 2мя изогнутыми трубками дополнительно еще и измеряют массовый расход по разности фаз колебаний двух трубок, вызванных силой Кориолиса. Отношение эффективной массы колеблющегося продукта к массе колеблющейся металла в проточных плотномерах существенно лучше чем у зондовых, в результате чего, повторяемость и погрешность проточных плотномеров существенно лучше чем у зондовых. Основная погрешность известных на рынке проточных плотномеров начинается с ±0.1 кг/м3.

Перечисленные выше принципы измерения можно использовать как для жидкостей, так и для газов (при наличии соответствующих опций у производителей) при сходных абсолютных погрешностях измерения плотности газа и жидкости, но так как плотности газов встречающихся на практике традиционно, на 1-2 порядка ниже чем плотности жидкостей, то, на практике, зондовые (с камертоном) и проточные (с сенсорными трубками) плотномеры для газа не используют. Плотность газа обычно измеряют плотномерами с тонкостенным цилиндром из магнитного материала который полностью со всех сторон погружен в газ. Толщина такого цилиндра существенно меньше толщины трубки проточных жидкостных плотномеров, что обеспечивает существенно лучшую погрешность. Внутри цилиндра расположена электронная автоколебательная система в виде залитого компаундом стакана с катушкой возбуждения колебаний, катушками съема сигнала и сенсором температуры. Резонансные частоты измеряются электроникой и, с учетом поправки на температуру, пересчитываются в плотность газа. Основная погрешность известных на рынке плотномеров газа такого типа начинается от ±0.1% относительной погрешности (но не менее абсолютной погрешности ±0.0015 кг/м3). Основное применение газовых плотномеров данного типа это коммерческий учет природного газа, попутного нефтяного газа и прочих углеводородных газов на узлах учета газа с ультразвуковыми расходомерами.

Отдельной задачей для плотномеров газа является измерение молекулярного веса, относительной плотности газа (при нормальных или рабочих условиях), или плотности газа приведенной к стандартным условиям (иногда их называют еще базовыми или нормальными). Для данной задачи первый вариант решения это использование плотномеров, стабилизирующих давление (и иногда температуру) пробы газа; измеряющих значения плотности, температуры и давление газа и приводящих измеренную плотность к стандартным значениям по расчетным формулам. Второй вариант решения это использование плотномера газа установленного теплоизолирующий шкаф, где давление измеряемого газа в зоне сенсора механически регулируется давлением газа в некой референсной емкости с газом (камере сравнения), заполняемой измеряемым газом на этапе первоначальной калибровки плотномера (под давление порядка 1.5...10 бар-абс.). Сам газ, при этом, подается в шкаф с прибором по тонкой трубке от входного трубопровода и сбрасывается после выхода из шкафа с прибором на свечу/факел (либо закачивается обратно в трубопровод микронасосом). Медленные сезонные изменения температуры внутри шкафа с плотномером (и в камере сравнения, соответственно) приводят к пропорциональному изменению давлению в этой камере (с учетом небольшой поправки на коэффициент сжимаемости). А так как и давление и температура газа в камере сравнения и в зоне сенсора (измерительного цилиндра) будут равны, то отношение плотности любого конкретного газа измеренного сенсором плотномера к плотности газа в камере сравнения будет постоянно в любой момент времени при любой стабильной температуре внутри шкафа (с учетом небольших поправок на разные коэффициенты сжимаемости газа в камере и в зоне сенсора). Это позволяет откалибровать прибор по 2м эталонным газам (например, метан и азот, для природного газа), подавая последовательно эти 2 эталонных газа на вход прибора и измеряя частоту колебаний сенсора на этих газах. После чего, интерполируя измеренную частоту сенсора на данные калибровки (на стандартные плотности и частоты для 2х эталонных газов), прибор рассчитывает стандартную плотность газа находящегося в плотномере. Основная относительная погрешность известного прибора такого типа равна ±0.1%. Эти приборы обычно используются в коммерческом учете для приведения расхода газа к нормальным условиям, для расчета числа Воббе при оптимизации процессов горения, для анализа чистоты продукта (например, водорода) и для анализа компонентного состава продуктов. Часто меняя или дополняя более дорогие, медленные и сложные в эксплуатации хроматографы.

Преимущества вибрационных плотномеров: отсутствие движущихся частей, нейтральность к электрическим свойствам среды, высокая точность и стабильность измерений (±0,1...1,0 кг/м3 для жидкостных), работоспособность при высоких и низких температурах (от минус 70 до 200 °C), больших статических давлениях (до 20 МПа), малые масса и габариты, компактность (диаметр 25 мм), низкое энергопотребление (0,5-2,5 Вт).

1.Вибрационный плотномер,www.ngpedia.ru/id262715p1.html,Большая Энциклопедия Нефти Газа, 2012.

Отрывок, характеризующий Вибрационный плотномер

– А!.. Алпатыч… А? Яков Алпатыч!.. Важно! прости ради Христа. Важно! А?.. – говорили мужики, радостно улыбаясь ему. Ростов посмотрел на пьяных стариков и улыбнулся.
– Или, может, это утешает ваше сиятельство? – сказал Яков Алпатыч с степенным видом, не заложенной за пазуху рукой указывая на стариков.
– Нет, тут утешенья мало, – сказал Ростов и отъехал. – В чем дело? – спросил он.
– Осмелюсь доложить вашему сиятельству, что грубый народ здешний не желает выпустить госпожу из имения и угрожает отпречь лошадей, так что с утра все уложено и ее сиятельство не могут выехать.
– Не может быть! – вскрикнул Ростов.
– Имею честь докладывать вам сущую правду, – повторил Алпатыч.
Ростов слез с лошади и, передав ее вестовому, пошел с Алпатычем к дому, расспрашивая его о подробностях дела. Действительно, вчерашнее предложение княжны мужикам хлеба, ее объяснение с Дроном и с сходкою так испортили дело, что Дрон окончательно сдал ключи, присоединился к мужикам и не являлся по требованию Алпатыча и что поутру, когда княжна велела закладывать, чтобы ехать, мужики вышли большой толпой к амбару и выслали сказать, что они не выпустят княжны из деревни, что есть приказ, чтобы не вывозиться, и они выпрягут лошадей. Алпатыч выходил к ним, усовещивая их, но ему отвечали (больше всех говорил Карп; Дрон не показывался из толпы), что княжну нельзя выпустить, что на то приказ есть; а что пускай княжна остается, и они по старому будут служить ей и во всем повиноваться.
В ту минуту, когда Ростов и Ильин проскакали по дороге, княжна Марья, несмотря на отговариванье Алпатыча, няни и девушек, велела закладывать и хотела ехать; но, увидав проскакавших кавалеристов, их приняли за французов, кучера разбежались, и в доме поднялся плач женщин.
– Батюшка! отец родной! бог тебя послал, – говорили умиленные голоса, в то время как Ростов проходил через переднюю.
Княжна Марья, потерянная и бессильная, сидела в зале, в то время как к ней ввели Ростова. Она не понимала, кто он, и зачем он, и что с нею будет. Увидав его русское лицо и по входу его и первым сказанным словам признав его за человека своего круга, она взглянула на него своим глубоким и лучистым взглядом и начала говорить обрывавшимся и дрожавшим от волнения голосом. Ростову тотчас же представилось что то романическое в этой встрече. «Беззащитная, убитая горем девушка, одна, оставленная на произвол грубых, бунтующих мужиков! И какая то странная судьба натолкнула меня сюда! – думал Ростов, слушяя ее и глядя на нее. – И какая кротость, благородство в ее чертах и в выражении! – думал он, слушая ее робкий рассказ.
Когда она заговорила о том, что все это случилось на другой день после похорон отца, ее голос задрожал. Она отвернулась и потом, как бы боясь, чтобы Ростов не принял ее слова за желание разжалобить его, вопросительно испуганно взглянула на него. У Ростова слезы стояли в глазах. Княжна Марья заметила это и благодарно посмотрела на Ростова тем своим лучистым взглядом, который заставлял забывать некрасивость ее лица.
– Не могу выразить, княжна, как я счастлив тем, что я случайно заехал сюда и буду в состоянии показать вам свою готовность, – сказал Ростов, вставая. – Извольте ехать, и я отвечаю вам своей честью, что ни один человек не посмеет сделать вам неприятность, ежели вы мне только позволите конвоировать вас, – и, почтительно поклонившись, как кланяются дамам царской крови, он направился к двери.
Почтительностью своего тона Ростов как будто показывал, что, несмотря на то, что он за счастье бы счел свое знакомство с нею, он не хотел пользоваться случаем ее несчастия для сближения с нею.
Княжна Марья поняла и оценила этот тон.
– Я очень, очень благодарна вам, – сказала ему княжна по французски, – но надеюсь, что все это было только недоразуменье и что никто не виноват в том. – Княжна вдруг заплакала. – Извините меня, – сказала она.
Ростов, нахмурившись, еще раз низко поклонился и вышел из комнаты.


– Ну что, мила? Нет, брат, розовая моя прелесть, и Дуняшей зовут… – Но, взглянув на лицо Ростова, Ильин замолк. Он видел, что его герой и командир находился совсем в другом строе мыслей.
Ростов злобно оглянулся на Ильина и, не отвечая ему, быстрыми шагами направился к деревне.
– Я им покажу, я им задам, разбойникам! – говорил он про себя.
Алпатыч плывущим шагом, чтобы только не бежать, рысью едва догнал Ростова.
– Какое решение изволили принять? – сказал он, догнав его.
Ростов остановился и, сжав кулаки, вдруг грозно подвинулся на Алпатыча.
– Решенье? Какое решенье? Старый хрыч! – крикнул он на него. – Ты чего смотрел? А? Мужики бунтуют, а ты не умеешь справиться? Ты сам изменник. Знаю я вас, шкуру спущу со всех… – И, как будто боясь растратить понапрасну запас своей горячности, он оставил Алпатыча и быстро пошел вперед. Алпатыч, подавив чувство оскорбления, плывущим шагом поспевал за Ростовым и продолжал сообщать ему свои соображения. Он говорил, что мужики находились в закоснелости, что в настоящую минуту было неблагоразумно противуборствовать им, не имея военной команды, что не лучше ли бы было послать прежде за командой.
– Я им дам воинскую команду… Я их попротивоборствую, – бессмысленно приговаривал Николай, задыхаясь от неразумной животной злобы и потребности излить эту злобу. Не соображая того, что будет делать, бессознательно, быстрым, решительным шагом он подвигался к толпе. И чем ближе он подвигался к ней, тем больше чувствовал Алпатыч, что неблагоразумный поступок его может произвести хорошие результаты. То же чувствовали и мужики толпы, глядя на его быструю и твердую походку и решительное, нахмуренное лицо.
После того как гусары въехали в деревню и Ростов прошел к княжне, в толпе произошло замешательство и раздор. Некоторые мужики стали говорить, что эти приехавшие были русские и как бы они не обиделись тем, что не выпускают барышню. Дрон был того же мнения; но как только он выразил его, так Карп и другие мужики напали на бывшего старосту.
– Ты мир то поедом ел сколько годов? – кричал на него Карп. – Тебе все одно! Ты кубышку выроешь, увезешь, тебе что, разори наши дома али нет?
– Сказано, порядок чтоб был, не езди никто из домов, чтобы ни синь пороха не вывозить, – вот она и вся! – кричал другой.
– Очередь на твоего сына была, а ты небось гладуха своего пожалел, – вдруг быстро заговорил маленький старичок, нападая на Дрона, – а моего Ваньку забрил. Эх, умирать будем!
– То то умирать будем!
– Я от миру не отказчик, – говорил Дрон.
– То то не отказчик, брюхо отрастил!..
Два длинные мужика говорили свое. Как только Ростов, сопутствуемый Ильиным, Лаврушкой и Алпатычем, подошел к толпе, Карп, заложив пальцы за кушак, слегка улыбаясь, вышел вперед. Дрон, напротив, зашел в задние ряды, и толпа сдвинулась плотнее.