Адаптивный вискозиметр для определения вязкости жидкости в трубопроводе

МКИ: G 01 N 11/12

АДАПТИВНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к системам автоматического измерения вязкости жидких сред в трубопроводах, в том числе в трубопроводах промышленных установок.

Известна система определения текущих значений вязкости жидких сред в трубопроводах, основанная на решении стационарной задачи ламинарного течения вязкой жидкости в сужающем устройстве трубопровода (Гольцов А.С., Шевченко В.Г., Петров В.П., Дворецкий А.А. Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах // Патент РФ на изобретение № 2065146. - Бюл. № 22, 1996).

Этот вискозиметр содержит термостатированный трубопровод с сужающим устройством, расходомер, датчик потерь давления в сужающем устройстве, термометр, цифровой вычислительный блок (ЦВБ) и блок отображения и вывода результатов вычислений (БОР). Сужающее устройство выполнено в виде горизонтального участка цилиндрической трубы, соединенной с трубопроводом с помощью диффузора и конфузора (трубами с переменным диаметром поперечного сечения). ЦВБ выполнен в виде нелинейного преобразователя, входы которого соединены с выходами расходомера и датчика потерь давления. Выход ЦВБ соединен с входом БОР. Анализируемую жидкость прокачивают через термостатированное сужающее устройство трубопровода и измеряют текущие значения потерь давления в сужающем устройстве, расхода и температуры жидкости. Вязкость жидкости при рабочей температуре вычисляют по формуле, полученной из уравнения ламинарного течения вязкой жидкости в сужающем устройстве трубопровода в стационарном режиме. Неизвестные параметры математической модели определяют индивидуальной калибровкой вискозиметров на специальном стенде с использованием эталонных жидкостей с известной вязкостью.

Основной недостаток такого вискозиметра состоит в том, что для индивидуальной калибровки, метрологической аттестации и поверки вискозиметра требуются специальные испытательные стенды и набор эталонных жидкостей с известной вязкостью. При этом существуют проблемы выбора стабильных эталонных жидкостей, обеспечивающих требуемый диапазон изменения вязкости, и достоверного определения их свойств. При этом индивидуальную калибровку, метрологическую аттестацию и поверку вискозиметра осуществляют в стационарных режимах течения анализируемых жидкостей,  существенно отличающихся от рабочих условий измерений. Но в рабочих условиях, как правило, выполняются не все упрощающие допущения, использованные при выводе математической модели вискозиметра. Так, например, системы автоматического управления технологическими процессами производства полимеров, масел и других нефтепродуктов обычно формируют нестационарные режимы течения этих жидкостей в трубопроводах, оснащенных вискозиметрами. Однако математическая модель вискозиметра получена в предположении, что течение жидкости стационарное. Это приводит к появлению неконтролируемой погрешности определения вязкости.

Этот недостаток частично устранен в вискозиметре, реализующем дифференциальный метод определения поправок на концевые эффекты течения жидкости в сужающем устройстве трубопровода (Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерений. - М.: Химия, 1979. - С. 26-29). Этот вискозиметр (прототип изобретения), как и заявленное изобретение, содержит: расходомер, термостатированный трубопровод с двумя сужающими устройствами, датчики потерь давления в сужающих устройствах и вычислительный блок. Сужающие устройства выполнены в виде горизонтальных участков цилиндрических труб разной длины, соединенных с трубопроводом с помощью одинаковых диффузоров и конфузоров. Цилиндрические участки сужающих устройств имеют средние по длине диаметры каналов  и , отличающиеся от диаметра  идеального цилиндра из-за погрешностей изготовления. Вычислительный блок выполнен в виде нелинейного преобразователя, входы которого соединены с выходами расходомера и датчиков потерь давления. Анализируемую жидкость прокачивают через сужающие устройства трубопровода и измеряют текущие значения потерь давления в сужающих устройствах и расхода. Вязкость жидкости при рабочей температуре вычисляют по формуле:

;   ,                              (1)

где:

 - динамическая вязкость жидкости при рабочей температуре;

 - диаметр проходного сечения цилиндрической части сужающего устройства с номером ;