RU2047108C1

RU2047108C1 - Method and ultrasonic device to determine capacity and graduate tanks

Info

Publication number: RU2047108C1
Application number: RU93007362A
Authority: RU
Inventors: А.С. Лещенко
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: petroleum industry. SUBSTANCE: filling and discharging of tank is exercised alternatively through all used pipelines. Measurements of level and density of liquid is made by piezometric electrical converter and emission of ultrasonic pulses is exercised perpendicularly to level of liquid from lower point of tank bottom. Piezometric electrical converter is mounted vertically in lower point of tank bottom and is additionally provided with unit of measuring and calculation of density. Operation of control unit is controlled be computer clock. Inputs of density measuring and calculating unit are connected with piezometric electric converter through switch with output of control unit and output of ultrasonic level meter. Inputs of control unit are connected with ultrasonic level meter and density measuring and calculating unit. Another output of control unit through another switch is connected to ultrasonic level meter and piezometric electrical converter. EFFECT: increased measurements accuracy of liquids amounts in storage tanks. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения, в частности к ультразвуковым способам определения вместимости и градуировки стальных резервуаров, и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, где необходимо определение вместимости и градуировки емкостей, хранящих и отпускающих различные жидкости. The invention relates to the field of measurement, in particular to ultrasonic methods for determining the capacity and graduation of steel tanks, and can be used in the oil, oil refining, chemical and other industries where it is necessary to determine the capacity and graduation of containers storing and dispensing various liquids.

Известен ультразвуковой способ измерения уровня жидкости в резервуаре с плоскими параллельными стенками, включающий излучение ультразвуковых импульсов под углом к поверхности раздела сред, прием отраженных волн и измерение времени между моментами излучения и приема, где место излучения ультразвуковых импульсов и их приема изменяют вдоль вертикали до момента появления отраженных от поверхности раздела импульсов в двух последовательных положениях, измеряют разницу во времени прихода отраженных сигналов в первом и во втором положениях источника и расстояние между ними и по формуле определяют высоту уровня [1]
Недостатком этого способа является то, что датчик излучения необходимо перемешать относительно уровня жидкости, а это усложняет его эксплуатацию и конструкцию самого датчика, следовательно, снижается надежность работы как самого датчика, так и способа измерения уровня.A known ultrasonic method for measuring the liquid level in a tank with flat parallel walls, including the emission of ultrasonic pulses at an angle to the interface, receiving reflected waves and measuring the time between the moments of radiation and reception, where the place of radiation of ultrasonic pulses and their reception is changed along the vertical until reflected from the interface of pulses in two consecutive positions, measure the difference in time of arrival of the reflected signals in the first and second positions x source and the distance between them and the formula determines the height of the level [1]
The disadvantage of this method is that the radiation sensor must be mixed relative to the liquid level, and this complicates its operation and the design of the sensor itself, therefore, the reliability of both the sensor itself and the level measurement method is reduced.

Кроме того, этот способ неприемлем для всех стальных типов резервуаров, поскольку рассчитан только для резервуаров с параллельными стенками. Способ не позволяет произвести одновременный замер плотности, уровня и расхода жидкости, что сказывается на надежности и точности измерения количества жидкости. In addition, this method is not acceptable for all steel types of tanks, since it is designed only for tanks with parallel walls. The method does not allow simultaneous measurement of the density, level and flow rate of the liquid, which affects the reliability and accuracy of measuring the amount of liquid.

Известен способ определения вместимости и градуировки стальных горизонтальных цилиндрических резервуаров, по которому вместимость и градуировку резервуаров определяют геометрическим или объемным методами [2] При геометрическом методе определения вместимости и градуировки измеряют их линейные размеры не менее двух раз и среднее значение результатов измерения принимают за величину линейных размеров. При объемном методе определения вместимости и градуировки резервуаров измеряют объем жидкости, поданной в резервуар, и уровень жидкости (высоту наполнения) после каждой подачи или нескольких доз. Объемный метод градуировки осуществляют двумя способами: с использованием образцовых мерников и образцового уровнемера (см. чертеж 3 ГОСТа) или с использованием счетчика жидкости и образцового уровнемера (см. чертеж 4 ГОСТа, с. 9). A known method for determining the capacity and graduation of steel horizontal cylindrical tanks, according to which the capacity and graduation of the tanks is determined by geometric or volumetric methods [2] When the geometric method of determining the capacity and graduation measure their linear dimensions at least two times and the average value of the measurement results is taken as the linear dimensions . With the volumetric method for determining the capacity and graduation of tanks, the volume of liquid supplied to the tank and the liquid level (filling height) after each supply or several doses are measured. The volumetric calibration method is carried out in two ways: using exemplary gauges and an exemplary level gauge (see GOST drawing 3) or using a liquid meter and an exemplary level gauge (see GOST drawing 4, p. 9).

Однако все эти методы сопровождаются ручным замером плотности, полным и частичным ручным трудом при определении градуировки и вместимости резервуаров и невозможностью полностью автоматизировать весь процесс контроля и измерения. Кроме того, при этих методах исключается возможность в любой момент определить уровень отпускного и наливного трубопроводов в заглубленных в земле резервуарах. Эти методы не позволяют производить одновременный замер уровня, расхода и плотности жидкости, что сказывается на точности и надежности измерения количества жидкости. However, all these methods are accompanied by manual density measurement, full and partial manual labor in determining the calibration and capacity of the tanks and the inability to fully automate the entire process of control and measurement. In addition, these methods exclude the possibility at any time to determine the level of the discharge and bulk pipelines in the tanks buried in the ground. These methods do not allow simultaneous measurement of the level, flow rate and density of the liquid, which affects the accuracy and reliability of measuring the amount of liquid.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения вместимости и градуировки резервуаров, при котором измеряются расход и уровень жидкости с помощью ультразвукового преобразователя, излучение которого направлено перпендикулярно уровню жидкости, при заливе и сливе жидкости и расчетным путем определяются параметры жидкости в резервуаре [3]
Известно ультразвуковое устройство для определения вместимости и градуировки резервуара содержащее обратимый электроакустический преобразователь (ЭАП), связанный с блоком уровнемера, блок управления и блок обработки результатов измерения (или приемоформирующий блок), причем ЭАП установлен в нижней точке днища резервуара с вертикальным излучением перпендикулярно уровню жидкости [4]
Однако и этим техническим решением присущи упомянутые выше недостатки, уменьшающие точность и производительность проведения измерений.Closest to the proposed method is a method for determining the capacity and graduation of tanks, in which the flow rate and liquid level are measured using an ultrasonic transducer, the radiation of which is directed perpendicular to the liquid level, while filling and draining the liquid and calculating the parameters of the liquid in the tank are determined [3]
A known ultrasonic device for determining the capacity and graduation of a tank containing a reversible electro-acoustic transducer (EAP) associated with the level gauge unit, a control unit and a processing unit for measuring the results of the measurement (or receiving-forming unit), the EAP is installed at the bottom of the bottom of the tank with vertical radiation perpendicular to the liquid level [ 4]
However, this technical solution also has the disadvantages mentioned above, which reduce the accuracy and performance of measurements.

Задачей изобретения является повышение точности и надежности при измерении и увеличение производительности при определении вместимости и градуировке всех типов стальных резервуаров. The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of the measurement and increase productivity in determining the capacity and graduation of all types of steel tanks.

Для этого в способе определения вместимости и градуировки резервуаров, включающем измерение расхода и уровня жидкости последовательно по поясам при ее заливе и сливе из резервуара и определение параметров резервуара по результатам измерений расчетным путем, залив и слив жидкости из резервуара производят поочередно через все имеющиеся трубопроводы, а измерение уровня и плотности жидкости осуществляют ультразвуковым пьезопреобразователем, при этом излучение ультразвуковых импульсов производят с нижней точки днища резервуара перпендикулярно уровню жидкости. To do this, in the method for determining the capacity and graduation of tanks, including measuring the flow rate and liquid level sequentially along the belts when it is being filled and drained from the tank and determining the parameters of the tank according to the results of measurements by calculation, the liquid is filled and drained from the tank alternately through all available pipelines, and measuring the level and density of the liquid is carried out by an ultrasonic piezoelectric transducer, while the radiation of ultrasonic pulses is produced from the bottom of the bottom of the tank perpend ocular fluid level.

Обратимый электроакустический или пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) установлен вертикально в нижней точке днища резервуара. Такое расположение ПЭП необходимо для того, чтобы измеряемая жидкость всегда находилась над ПЭП и давила на него своей массой. За счет деформации ПЭП под действием жидкости происходит преобразование этой деформации в пропорциональный ей электрический сигнал, подаваемый для дальнейших вычислений в процессорную технику (ведущую все расчеты по блок-схеме измерения). A reversible electroacoustic or piezoelectric transducer (PES) is mounted vertically at the bottom of the tank bottom. This arrangement of the probe is necessary so that the measured liquid is always above the probe and presses on it with its mass. Due to the deformation of the probe under the action of a liquid, this deformation is transformed into an electrical signal proportional to it, which is supplied for further calculations to processor equipment (conducting all calculations according to the measurement block diagram).

С помощью ультразвукового устройства одним и тем же чувствительным элементом измеряют и плотность жидкости, и уровень жидкости, находящейся в резервуаре, используя прямой и обратный пьезоэффект (или электроакустический эффект),
Поочередный залив и слив жидкости из резервуара через все имеющиеся трубопроводы делается для того, чтобы точно определить вместимость резервуара (количество жидкости в нем), остаток жидкости в резервуаре после очередного слива и количество жидкости, находящейся в так называемой "мертвой" зоне, которая находится между нижним по уровню сливным трубопроводом или нижним по уровню взливным трубопроводом и днищем резервуара.Using an ultrasonic device, the density of the liquid and the level of the liquid in the reservoir are measured with the same sensitive element using the direct and inverse piezoelectric effect (or electro-acoustic effect),
Alternate filling and draining of the liquid from the tank through all available pipelines is done in order to accurately determine the capacity of the tank (the amount of liquid in it), the remaining liquid in the tank after the next drain and the amount of liquid located in the so-called “dead” zone, which is between lower level drain pipe or lower level take-off pipe and tank bottom.

Разные по уровню от днища резервуара трубопроводы будут давать разные по количеству "мертвый" остаток жидкости в резервуаре. Делая поочередный слив жидкости через все имеющиеся трубопроводы, находим наименьший "мертвый" остаток, который находится в "мертвой" зоне резервуара между днищем и нижним уровнем трубопровода и который не откачивается почти никогда насосом. Pipelines of a different level from the bottom of the tank will produce a different dead quantity of liquid in the tank. Making a fluid drain through all the existing pipelines, we find the smallest “dead” residue, which is located in the “dead” zone of the tank between the bottom and the lower level of the pipeline and which is almost never pumped out by the pump.

После нахождения этого наименьшего "мертвого" остатка его объем, измеренный предложенным способом, фиксируется в документации, а все операции по сливу жидкости ведут через этот нижний трубопровод. After finding this smallest “dead” residue, its volume, measured by the proposed method, is recorded in the documentation, and all liquid draining operations are conducted through this lower pipeline.

Таким образом обеспечивается максимальная вместимость резервуара, его максимальная пропускная способность при расчетных операциях и достигается высокая оперативность при пропуске через резервуар больших партий продукта в результате многократных взлива и наполнения во время этих расчетных операций при приеме от поставщика и отпуске продукта потребителю. In this way, the maximum capacity of the tank is ensured, its maximum throughput during settlement operations, and high efficiency is achieved when large batches of product are passed through the tank as a result of repeated pouring and filling during these settlement operations upon receipt from the supplier and delivery of the product to the consumer.

Поставленная задача решается также за счет того, что устройство ультразвукового измерения уровня жидкости, содержащее ЭАП и ПЭП, контрольно-измерительную аппаратуру измерения плотности уровня жидкости, подключенную к комплексу с ЭВМ (блокам управления и обработки результатов измерения), измеряющему и рассчитывающему по параметрам жидкости его объем и количество в резервуаре. Измерения производят при замерах жидкости в резервуаре, ставя в соответствие этому количеству жидкости ее уровень в резервуаре при одновременном измерении всех параметров жидкости (плотности, температуры, скорости звука в жидкости, объемного и массового расхода через трубопровод и т.д.) и фиксации времени измерения параметров жидкости для подсчета на ЭВМ общего объема и количества жидкости исходя из расходных характеристик трубопровода. Измерения дублируют расчетным путем на ЭВМ во избежание сбоя программы измерения по таблицам, заложенным в память ЭВМ (в зависимости плотности от температуры). The problem is also solved due to the fact that the device of ultrasonic measurement of the liquid level, containing EAP and probe, control and measuring equipment for measuring the density of the liquid level, connected to a complex with computers (control units and processing of measurement results), which measures and calculates it by the parameters of the liquid volume and quantity in the tank. Measurements are made when measuring the liquid in the tank, matching this amount of liquid with its level in the tank while simultaneously measuring all parameters of the liquid (density, temperature, sound velocity in the liquid, volumetric and mass flow through the pipeline, etc.) and fixing the measurement time fluid parameters for computing on a computer the total volume and amount of liquid based on the flow characteristics of the pipeline. The measurements are duplicated by calculation on a computer in order to avoid a failure of the measurement program according to the tables stored in the computer memory (depending on the density on temperature).

Контрольно-измерительная аппаратура комплекса с ЭВМ позволяет с помощью таймера ЭВМ через блок управления аппаратурой измерения плотности и уровня жидкости в резервуаре с помощью двух коммутаторов обеспечивать на одних и тех же преобразователях прямой и обратный пьезоэффект и производить таким образом постоянно измерение уровня и плотности в одной зоне, что позволяет исключить погрешность при калибровке устройства и измерениях, вызываемых колебаниями свойств и параметров контролируемой среды вдоль столба жидкости в различных слоях жидкости в резервуаре, в том числе при изменениях высоты уровня жидкости в резервуаре, т.е. над преобразователем при изменении уровня жидкости в резервуаре. По результатам всех измерений и расчета ЭВМ производят распечатку таблицы на принтере. The control and measuring equipment of the computer complex allows using the computer timer through the control unit for measuring the density and liquid level in the tank using two switches, to provide direct and inverse piezoelectric effect on the same transducers and thus continuously measure the level and density in one zone , which eliminates the error in the calibration of the device and measurements caused by fluctuations in the properties and parameters of the controlled medium along the liquid column in different layers liquid in the tank, including when changes in the height of the liquid level in the tank, i.e. above the converter when the liquid level in the tank changes. According to the results of all measurements and computer calculations, a table is printed on a printer.

В отличие от известных технических решений предложенный способ определения вместимости и градуировки резервуаров позволяет при взливе по поясам и осуществлении градуировки резервуара постоянно контролировать плотность жидкости при более высокой конструкции датчика неподвижного типа, надежно осуществлять определение самого нижнего сливного трубопровода (даже у заглубленных в грунт резервуаров) при одновременном определении "мертвого" остатка "мертвой" зоны резервуара. При этом исключаются ручные пробы и по определению плотности, особенно по поясам при калибровке резервуара, все замеры и измерения делаются в автоматическом режиме, а также отслеживаются слои жидкости с различной плотностью по эхо-методу на ультразвуковом уровнемере. Полностью исключается ручной труд при измерениях. In contrast to the known technical solutions, the proposed method for determining the capacity and graduation of tanks allows, when pouring along the belts and calibrating the tank, to constantly monitor the density of the liquid with a higher design of the fixed-type sensor, to reliably determine the lowest drain pipe (even for tanks buried in the ground) at simultaneous determination of the "dead" residue of the "dead" zone of the tank. At the same time, manual tests are also excluded by determining the density, especially by the belts when calibrating the tank, all measurements and measurements are done automatically, and fluid layers with different densities are monitored by echo method on an ultrasonic level gauge. Manual labor is completely excluded during measurements.

Все измерения задублированы с помощью вычислительных операций по таблицам, заложенным в память ЭВМ. All measurements are duplicated using computational operations according to the tables stored in the computer memory.

С помощью таймера ЭВМ и блока управления работа двух коммутаторов осуществляется по измерению плотности и уровня жидкости в резервуаре одним датчиком, используя прямой и обратный пьезоэффекты, что позволяет при измерении уровня по поясам замерять одновременно плотность жидкости, а по эхо-методу отслеживать слои жидкости с различной плотностью на ультразвуковом уровнемере. Using a computer timer and a control unit, the work of two switches is carried out by measuring the density and liquid level in the tank with one sensor, using direct and inverse piezoelectric effects, which allows measuring the liquid density at the same time by measuring the belts, and using the echo method to track fluid layers with different density on an ultrasonic level gauge.

Все основные измерения производят по принципу прямого измерения, что очень важно особенно для измерения плотности уровня (измеряют толщину жидкости над датчиком). All basic measurements are made according to the principle of direct measurement, which is very important especially for measuring the level density (measure the thickness of the liquid above the sensor).

Все перечисленные факты повышают вместе надежность, точность и увеличивают производительность при калибровке резервуара, а также при расчетных операциях с жидкостью как через резервуар, так и с помощью предложенного устройства. All these facts together increase reliability, accuracy and increase productivity during calibration of the tank, as well as in settlement operations with the liquid both through the tank and using the proposed device.

На фиг. 1 показано расположение трубопроводов в заглубленном (горизонтальном) резервуаре по его калибровке по предлагаемому способу; на фиг. 2 устройство реализации предлагаемого способа с ультразвуковым уровнемером; на фиг. 3 диаграмма работы пьезопреобразователя в режимах измерения уровня жидкости (толщина слоя жидкости над датчиком) и измерения ее плотности; на фиг. 4 схема установки датчика уровнемера и плотности в резервуаре (вертикальном стальном резервуаре РВС с заглубленным в землю трубопроводом). In FIG. 1 shows the location of pipelines in a recessed (horizontal) tank by its calibration according to the proposed method; in FIG. 2 device for implementing the proposed method with an ultrasonic level gauge; in FIG. 3 diagram of the operation of the piezoelectric transducer in the modes of measuring the liquid level (thickness of the liquid layer above the sensor) and measuring its density; in FIG. 4 diagram of the installation of the sensor of the level gauge and density in the tank (vertical steel tank of the PBC with a pipeline buried in the ground).

Калибровка резервуаров осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). The calibration of the tanks is as follows (see Fig. 1).

1. Заливают жидкость в резервуар через заливной трубопровод 1 и производят измерение закачанной жидкости. Данные заносят в таблицу. 1. Pour liquid into the tank through the inlet pipe 1 and measure the injected liquid. The data is entered in the table.

2. Производят слив через сливной трубопровод 2 и измеряют количество слитой жидкости. Сравнивают количество закачанной жидкости и количество откачанной жидкости, на основании этого сравнения делают заключение об уровне установки в резервуаре заливного трубопровода 1 относительно сливного трубопровода 2. С помощью расчета закачанной и слитой жидкости определяют разность между ними, данные заносят в таблицу. 2. Make a drain through the drain pipe 2 and measure the amount of drained liquid. Compare the amount of pumped fluid and the amount of pumped fluid, based on this comparison, make a conclusion about the installation level in the tank of the inlet pipe 1 relative to the drain pipe 2. Using the calculation of the pumped and drained liquid, the difference between them is determined, the data are entered in the table.

3. Затем повторяют залив, но уже через сливной трубопровод 2 и измеряют количество залитой жидкости. 3. Then repeat the bay, but already through the drain pipe 2 and measure the amount of liquid poured.

4. Слив производят через заливной трубопровод 1, измеряют количество слитой жидкости. Производят контрольное сравнение количества закачанной и откачанной жидкости, на основании этого сравнения делают контрольное заключение об уровне установки в резервуаре трубопроводов относительно друг друга, т. е. уровень установки трубопровода 2 относительно трубопровода 1. С помощью расчета определяют разность между закачанной и слитой жидкостью при разности уровней установки трубопроводов. Если разности в количестве жидкости после залива и слива нет, то трубопроводы находятся на одинаковом уровне. 4. Drainage is carried out through the filler pipe 1, the amount of drained liquid is measured. A control comparison of the amount of pumped and pumped liquid is made, based on this comparison, a control conclusion is made about the installation level in the pipeline tank relative to each other, i.e., the installation level of pipeline 2 relative to pipeline 1. Using the calculation, the difference between the injected and drained liquid is determined at the difference piping installation levels. If there is no difference in the amount of liquid after filling and draining, then the pipelines are at the same level.

5. На основании первичной и контрольной калибровок резервуаров и определения разности в уровнях установки трубопроводов и соответствующей разности залитой и слитой по количеству жидкости делают окончательное заключение об уровне установки трубопроводов, данные заносят в таблицу. 5. Based on the initial and control calibrations of the tanks and the determination of the difference in the levels of installation of pipelines and the corresponding difference of the flooded and drained by the amount of liquid, make a final conclusion about the level of installation of pipelines, the data are entered in the table.

6. Затем проводят поверочный взлив через верхнюю горловину 3 для проверки правильности сделанных выводов по уровню заливного трубопровода 1 относительно сливного трубопровода 2 и разности жидкости при этом. Данные взлива заносят в таблицу. 6. Then carry out a calibration boost through the upper neck 3 to verify the correctness of the conclusions made on the level of the inlet pipe 1 relative to the drain pipe 2 and the liquid difference in this case. The inflow data is entered into the table.

7. Поверочный слив делают через трубопровод, имеющий самый низкий уровень, и определяют количество слитой жидкости. Данные о количестве слитой жидкости заносят в таблицу. 7. Verification drain is done through the pipeline having the lowest level, and the amount of drained liquid is determined. Data on the amount of drained liquid are entered in the table.

8. После полного слива через нижний по уровню трубопровод делают попытку слива через другой трубопровод. Если жидкость не поступает через этот трубопровод, то выводы о калибровке резервуара правильные. Если жидкость поступает, то измеряют это количество слитой жидкости, данные заносят в таблицу. Делают переключение о неправильной калибровке резервуара и калибровке повторяют с п. 6 по п. 8, но в обратной последовательности с трубопроводами. После этого повторяют либо все действия с п. 1 по п. 5, либо по выбору п. 1, п. 2 и п. 5, или п.п. 3-5. Все данные заносят в таблицу. Делают окончательный эскиз резервуара рядом с таблицей об относительном уровне установки трубопроводов, обязательное условие. 8. After a complete drain through the lower level pipeline, attempt to drain through another pipeline. If fluid does not flow through this pipeline, then the conclusions about the calibration of the tank are correct. If liquid enters, then this amount of drained liquid is measured, data are entered into the table. A switch is made about the incorrect calibration of the tank and the calibration is repeated from paragraph 6 to paragraph 8, but in reverse order with the pipelines. After that, either all the actions from paragraph 1 to paragraph 5 are repeated, or at the choice of paragraph 1, paragraph 2 and paragraph 5, or paragraphs. 3-5. All data is entered in the table. Make a final sketch of the tank next to the table on the relative level of installation of pipelines, a prerequisite.

9. При заполнении и сливе (опорожнении) резервуара параллельно делают калибровку резервуара по поясам или уровням взлива и заполняют таблицу по известным способам и по методикам утвержденных ГОСТов. 9. When filling and emptying (emptying) the tank, the tank is calibrated in parallel with belts or levels of filling and the table is filled in according to well-known methods and methods of approved GOSTs.

П р и м е р. Новый стальной горизонтальный резервуар вместимостью 10 м³, полностью заглубленный в грунте (см. фиг. 1). Вертикальные резервуары градуируют по предлагаемому способу аналогично горизонтальным, с составлением прилагаемой таблицы.PRI me R. A new steel horizontal tank with a capacity of 10 m ³ , completely buried in the ground (see Fig. 1). Vertical tanks are graduated according to the proposed method similarly horizontal, with the preparation of the attached table.

Заливают через трубопровод 1 керосин тракторный 10 м³.Tractor kerosene 10 m ^{3 is} poured through the pipeline 1.

Сливают через трубопровод 2 керосин 7 м³. Разность 3 м³. Делают предположение, что трубопровод 2 выше трубопровода 1.2 kerosene 7 m ^{3 is} drained through the pipeline. Difference 3 m ³ . Make an assumption that pipeline 2 is higher than pipeline 1.

Заливают 7 м³ керосина через трубу 2.Pour 7 m ^{3 of} kerosene through the pipe 2.

Сливают 9 м³ керосина через трубу 1. Делают вывод, что при разности 2 м³ труба 1 ниже трубы 2 по уровню жидкости.9 m ^{3 of} kerosene is drained through pipe 1. It is concluded that, with a difference of 2 m ^3, pipe 1 is lower than pipe 2 by liquid level.

Поскольку первоначальный залив был 10 м³, а слив из нижней трубы 1 был 9 м³, значит "мертвый" остаток от резервуара 1 м³ при самой низкой сливной трубе.Since the initial gulf was 10 m ³ and the discharge from the lower pipe 1 was 9 m ³ , it means the “dead” residue from the tank is 1 m ³ at the lowest drain pipe.

Делают поверочный взлив в резервуар 9 м³ через горловину 3.Make a calibration injection into the tank 9 m ³ through the neck 3.

Сливают 9 м³ через трубу 1.Drain 9 m ³ through pipe 1.

Для проверки делают попытку слива через трубу 2 поступления керосина нет, т.е. уровень жидкости в резервуаре находится ниже уровня трубы 2. To check, make an attempt to drain through the pipe 2 there is no kerosene, i.e. the liquid level in the tank is below the level of pipe 2.

Одновременно со сливом и заливом делают градуировку резервуара по ГОСТ 8346-79/84. Simultaneously with the discharge and the gulf, the tank is calibrated according to GOST 8346-79 / 84.

Можно сделать вывод, что определение вместимости и "мертвого" остатка резервуара и градуировка его проведены правильно. Слив можно производить только через трубопровод 1, а заполнение через трубопровод 2 или разрешается через трубопровод 1. We can conclude that the determination of the capacity and the "dead" remainder of the tank and its calibration were carried out correctly. Drain can only be done through line 1, and filling through line 2 or is allowed through line 1.

На фиг. 1 показаны заливной трубопровод 1, сливной трубопровод 2, заливная горловина 3, выступающая над уровнем грунта 4, резервуар 5, "мертвая зона" 6 трубы 2, "мертвая зона" 7 трубы 1. In FIG. 1 shows a filler pipe 1, a drain pipe 2, a filler neck 3 protruding above the ground 4, a reservoir 5, a “dead zone” 6 of a pipe 2, a “dead zone" 7 of a pipe 1.

На фиг. 2 показана блок-схема ультразвукового устройства для измерения параметров жидкости. На ней показаны датчик 8 измерения уровня и плотности жидкости в резервуаре, датчик 9 измерения температуры жидкости, пьезоэлектрический преобразователь 10, расположенный в датчике 8, коммутаторы 11 и 12, блок 13 процессора расчета плотности (блок обработки), ультразвуковой уровнемер 14, блок 15 управления работой коммутаторов 11 и 12; ЭВМ 16 с периферией, таймер ЭВМ 17, датчик 18 измерения температуры окружающей среды, блоки 19 и 20 измерения температуры датчиков 9 и 18. блок 21 автоматического расходомера, датчик 22 газосодержания (емкостного типа) и примесей, аппаратура 23 измерения газосодержания и примесей. In FIG. 2 shows a block diagram of an ultrasonic device for measuring fluid parameters. It shows a sensor 8 for measuring the level and density of the liquid in the tank, a sensor 9 for measuring the temperature of the liquid, a piezoelectric transducer 10 located in the sensor 8, switches 11 and 12, block 13 of the density calculation processor (processing unit), an ultrasonic level gauge 14, control unit 15 operation of switches 11 and 12; Computer 16 with a periphery, a computer timer 17, an ambient temperature measuring sensor 18, temperature measuring units 19 and 20, sensors 9 and 18. an automatic flow meter unit 21, a gas content sensor (capacitive type) and impurities 22, an equipment 23 for measuring gas content and impurities.

Датчик 8 устанавливают в самой нижней точке резервуара 5, опустив его через заливную горловину 3 и закрепив в сухом резервуаре с помощью постоянного магнита или приклеив его эпоксидным клеем. Датчик 8 устанавливают так, чтобы излучение ультразвука происходило перпендикулярно к поверхности зеркала жидкости, т.е. ось датчика должна быть всегда перпендикулярна поверхности жидкости в резервуаре 5 (фиг. 4). The sensor 8 is installed at the lowest point of the tank 5, lowering it through the filler neck 3 and securing it in a dry tank using a permanent magnet or gluing it with epoxy glue. The sensor 8 is installed so that the ultrasound radiation is perpendicular to the surface of the liquid mirror, i.e. the axis of the sensor should always be perpendicular to the surface of the liquid in the tank 5 (Fig. 4).

Пьезопреобразователь 10 подключают к двум коммутаторам 11 и 12 с одним управляющим воздействием каждый от блока 15 управления. The piezoelectric transducer 10 is connected to two switches 11 and 12 with one control action each from the control unit 15.

Выход блока уровнемера 14 соединяют с ЭВМ 16, а другой его выход соединяют с блоком 15 управления. Вход уровнемера 14 через коммутатор 11 соединяют с ПЭП 10. Такое подключение блока уровнемера 14 обеспечивает прием и излучение ультразвука и в то же время обеспечивает защиту блока 13 от напряжения блока 14. Третий выход блока 14 соединяют с блоком 13 процессора. Процессор 13, измеряющий давление массы жидкости m над ПЭП 10 и рассчитывающий на его основе плотность ρ по формуле, подает сигнал на ЭВМ 16. Другой выход блока 13 соединен с блоком 15, куда таймер 17 подает управляющие импульсы для обеспечения, согласно диаграмме, изображенной на фиг. 3, работы измерения плотности расчетным путем через замер массы m над датчиком 8 с ПЭП 10 (фиг. 3). The output of the level gauge unit 14 is connected to the computer 16, and its other output is connected to the control unit 15. The input of the level gauge 14 through the switch 11 is connected to the probe 10. Such a connection of the block of the level gauge 14 provides reception and radiation of ultrasound and at the same time protects the block 13 from the voltage of the block 14. The third output of the block 14 is connected to the block 13 of the processor. The processor 13, which measures the pressure of the liquid mass m above the probe 10 and calculates the density ρ on the basis of this formula, sends a signal to the computer 16. Another output of the block 13 is connected to the block 15, where the timer 17 supplies the control pulses to ensure, according to the diagram shown in FIG. 3, the work of measuring density by calculation by measuring mass m above the sensor 8 with probe 10 (Fig. 3).

При этом время θ равно двойному времени прохождения ультразвука от ПЭП до свободной поверхности жидкости в резервуаре, при максимальном его взливе Т_н ^max, т. е. θ 2 Т_н ^max, а T_ρ время измерения давления массы жидкости m над ПЭП 10.In this case, the time θ is equal to the double ultrasound transit time from the probe to the free surface of the liquid in the tank, at its maximum rise, T _n ^max , i.e., θ 2 T _n ^max , and T _{ρ is the} time of measuring the liquid mass pressure m over the 10 probe.

Слои жидкости с разной температурой и плотностью определяют как импульсы с временем отражения Т_i между Т_з зондирующим (первым) импульсом и последним Т_н импульсом уровнем зеркала жидкости и определяют по известной методике эхо-метода ультразвуковой дефектоскопии и толщинометрии.Fluid layers with different temperatures and densities are defined as pulses with a reflection time T _i between T _s probing (first) pulse and the last T _n pulse level of the liquid mirror and determined by the known method of the echo method of ultrasonic inspection and thickness measurement.

Для учета заливаемой в резервуар жидкости к ЭВМ дополнительно подключают автоматический расходомер 21 любого известного типа, а учет газосодержания и примесей в жидкости осуществляют ЭВМ 16 совместно с датчиками 22 емкостного типа и аппаратуры 23 регистрации газосодержания примесей. To account for the liquid poured into the reservoir, an automatic flow meter 21 of any known type is additionally connected to the computer, and the gas content and impurities in the liquid are recorded by the computer 16 together with the sensors 22 of the capacitive type and apparatus 23 for recording the gas content of impurities.

Перед включением в работу все датчики калибруются прямыми замерами жидкости при установлении параметров этой жидкости лабораторным путем и ставят им в соответствие замеры всех датчиков, в том числе ПЭП 10 и датчика 8 с датчиком 9, по замерам высоты уровня жидкости, ее плотности и температуры лабораторными методами. Before being put into operation, all sensors are calibrated by direct measurements of the liquid when setting the parameters of this liquid by laboratory methods and put them in accordance with the measurements of all sensors, including PEP 10 and sensor 8 with sensor 9, by measuring the height of the liquid level, its density and temperature by laboratory methods .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подаче по трубопроводу 1 в резервуар 5 (фиг. 1) или 24 (фиг. 4) через расходомер 21 различного количества жидкости, включается таймер 17 (фиг. 2), подключенный с помощью блока 15 управления, через коммутатор 11 и ультразвуковой уровнемер 14. When applying through pipeline 1 to the tank 5 (Fig. 1) or 24 (Fig. 4) through a flow meter 21 of a different amount of liquid, a timer 17 (Fig. 2) is connected, connected using the control unit 15, through the switch 11 and the ultrasonic level gauge 14 .

Уровнемер 14 измеряет уровень жидкости (толщину слоя жидкости над датчиком с ПЭП 10, т.е. высоту взлива продукта в резервуаре Н_ж), и направляет данные в ЭВМ 16 и процессор 13 измерения и расчета плотности жидкости ρ в резервуаре.The level gauge 14 measures the liquid level (the thickness of the liquid layer above the probe with the probe 10, i.e. the height of the product in the tank H _g ), and sends the data to the computer 16 and the processor 13 for measuring and calculating the liquid density ρ in the tank.

Уровнемер 14 измеряет уровень высоты жидкости в резервуаре известным ультразвуковым эхо-методом с помощью обратного и прямого пьезоэффектов. The level gauge 14 measures the level of the height of the liquid in the tank by the known ultrasonic echo method using the inverse and direct piezoelectric effects.

Таймер 17 подает управляющие импульсы на блок 15 управления по специальной программе так, что при прохождении определенного числа импульсов с таймера 17 включается коммутатор 11 на время замера уровня θ и отключается коммутатор 12, затем происходит обратное включение (фиг. 3). The timer 17 supplies the control pulses to the control unit 15 according to a special program so that when a certain number of pulses passes from the timer 17, the switch 11 is turned on for the time of measuring the level θ and the switch 12 is turned off, then the switch is turned back on (Fig. 3).

По истечении T_ρ отключается коммутатор 12 блоком 15 и включается коммутатор 11 для измерения уровня жидкости уровнемером 14 за время θ и цикл измерений снова повторяется (фиг. 3, диаграмма 3б и 3в).After T _{ρ, the} switch 12 is turned off by block 15 and the switch 11 is turned on to measure the liquid level by the level gauge 14 during the time θ and the measurement cycle is repeated again (Fig. 3, diagram 3b and 3c).

Процессор 13 при включенном коммутаторе 12 подсоединен к пьезопреобразователю 10 датчика 8 и вычисляет плотность по формуле ρ=m/H_m˙S, где S const площадь пьезопреобразователя, на которую давит масса жидкости m, расположенная под ПЭП, и за счет прямого пьезоэффекта осуществляет подачу сигнала на процессор 13 пропорционально давлению этой массы жидкости m.The processor 13, with the switch 12 turned on, is connected to the piezoelectric transducer 10 of the sensor 8 and calculates the density using the formula ρ = m / H _m ˙ S, where S const the signal to the processor 13 is proportional to the pressure of this liquid mass m.

Величина Н_m подается на блок 13 с уровнемера 14, а также в память ЭВМ 16 для хранения и вычислений по специальной калибровочной программе, составления и распечатке полученной таким образом калибровочной таблице на принтере, входящем в периферию ЭВМ.The value of H _m is supplied to the block 13 with the level gauge 14, as well as to the memory of the computer 16 for storage and calculations according to a special calibration program, compilation and printing of the calibration table thus obtained on a printer included in the computer peripheral.

При максимальном уровне взлива резервуара ЭВМ сравнивает это значение с максимальным значением взлива резервуара и включает сигнализацию перелива и отключает насос подачи (включает защиту от перелива резервуара). At the maximum tank overflow level, the computer compares this value with the maximum tank overflow value and turns on the overflow alarm and turns off the feed pump (enables protection against overflow of the tank).

При включении устройства и при Н_m 0 и ρ=∞, т.е. сухом датчике или незаполненном резервуаре, ЭВМ сравнивает это значение с другим минимальным значением жидкости в резервуаре и включает сигнализацию о пустом резервуаре.When the device is turned on and at Н _m 0 and ρ = ∞, i.e. a dry sensor or an empty tank, the computer compares this value with the other minimum value of the liquid in the tank and turns on the alarm about an empty tank.

Поскольку значение характеристик "мертвого" остатка для каждого резервуара заносится в память ЭВМ, то при уровне жидкости в резервуаре, равном высоте, количеству и объему "мертвого" остатка сработает сигнализация, включаемая ЭВМ при сравнении замеренного уровня и уровня "мертвого" остатка. Since the value of the characteristics of the "dead" residue for each tank is recorded in the computer memory, then when the liquid level in the tank is equal to the height, quantity and volume of the "dead" residue, an alarm will be triggered by the computer when comparing the measured level and the level of the "dead" residue.

Зная плотность жидкости в резервуаре, на ЭВМ вычисляется по программе масса жидкости в резервуаре, исходя из данных замера расходомера 21 заливаемого объема (и количества) жидкости, дублируя этот замер с помощью вычисления по замеру уровнемера количества жидкости в резервуаре М по формуле
М_рез ρ˙ V_рез где ρ плотность (средняя) жидкости в резервуаре;
V объем резервуара по данным расходомера 21.Knowing the density of the liquid in the tank, the computer calculates according to the program the mass of liquid in the tank, based on the measurement data of the flow meter 21 of the liquid volume (and quantity) to be filled, duplicating this measurement by calculating the level of liquid in the tank M by measuring the formula
M _rez ρ˙ V _rez where ρ is the density (average) of the liquid in the tank;
V tank volume according to the flow meter 21.

Зная расход и объем, а также уровень взлива резервуара по расходомеру 21, уровнемеру 14 и плотность, вычисленную процессором 14, по специальной калибровочной программе на ЭВМ ставят эти все значения в соответствие друг другу, вычисляют промежуточные величины, получают калибровочную таблицу для данного резервуара и распечатывают ее в готовом виде на принтере, входящем в периферию ЭВМ. Knowing the flow rate and volume, as well as the level of tank overflow by flowmeter 21, level gauge 14 and density calculated by processor 14, using a special calibration program on a computer, put all these values in accordance with each other, calculate intermediate values, obtain a calibration table for this tank and print it is ready-made on a printer that is included in the periphery of the computer.

Общее количество и объем жидкости проверяют по показаниям расходомера 21, умножив их удельные характеристики на время работы устройства Т_общ. По формулам: M_m G ˙ T_общ и V_m Q ˙T_общ получим количество М_m и объем V_m жидкости в резервуаре по массовому G и объемному расходу Q расходомера 21.The total amount and volume of liquid is checked according to the readings of the flow meter 21, multiplying their specific characteristics by the operating time of the device T _total . According to the formulas: M _m ˙ G T V _m and _commonly Q ˙T _commonly obtain _m number of M and the volume V _m of fluid in the reservoir of the mass G and Q the volume flow meter 21.

Плотность дублируется вычислением по табличным значениям на ЭВМ с помощью показаний термометров жидкости и окружающей ее среды, в зависимости плотности от температуры по известному закону, а также его объем и сравнивается с замеренными ρ= ρ_o(1±βΔt), где Δ t разность температур жидкости и окружающей среды;
β коэффициент объемного расширения жидкости;
ρ и ρ_о плотности при температурах в резервуаре и при температуре окружающей среды.The density is duplicated by calculating tabular values on a computer using the readings of thermometers of the liquid and its environment, depending on the density on temperature according to a known law, and its volume is compared with the measured ρ = ρ _o (1 ± βΔt), where Δ t is the temperature difference fluid and environment;
β coefficient of volume expansion of the liquid;
ρ and ρ are _about density at temperatures in the tank and at ambient temperature.

Аналогичная формула для объемов:
VV_o (1 ±βΔt), где V и V_o объемы жидкости в резервуаре и при температуре окружающей среды.A similar formula for volumes:
VV _o (1 ± βΔt), where V and V _{o are the} volumes of liquid in the tank and at ambient temperature.

Предложенные способ и устройство по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами. The proposed method and device in comparison with the prototype has the following advantages.

Простота конструкции неподвижного датчика осуществляет в прямом измерении уровень жидкости и плотность в одной зоне с помощью использования прямого и обратного пьезоэффектов на одном чувствительном элементе, это позволяет повысить точность измерения и его надежность и дополнительно определить толщину слоев жидкости эхо-методом с ультразвуковым уровнемером разными плотностями в резервуаре по вертикали. The simplicity of the design of the fixed sensor provides direct measurement of the liquid level and density in one zone by using direct and inverse piezoelectric effects on one sensitive element, this allows to increase the accuracy of measurement and its reliability and further determine the thickness of the liquid layers by echo method with an ultrasonic level gauge of different densities in tank vertically.

При этом, покрывая дно резервуара множеством таких датчиков, или если покрыть дно резервуара полностью пленочным пьезодатчиком, получим всю картину изменения плотности не только по вертикали, но и площади сечения резервуара, а также разность уровней зеркала относительно днища резервуара. Таким образом можно дополнительно определить наклон резервуара. At the same time, covering the bottom of the tank with many such sensors, or if you cover the bottom of the tank with a completely film piezoelectric sensor, we get the whole picture of the density change not only vertically, but also the cross-sectional area of the tank, as well as the difference in mirror levels relative to the bottom of the tank. In this way, the inclination of the tank can be further determined.

Весь контроль ведется в автоматическом режиме, полностью исключающем ручные операции, в том числе и контроль плотности при взятии проб для лабораторного определения плотности. All control is carried out in automatic mode, completely eliminating manual operations, including density control during sampling for laboratory determination of density.

Ручные пробы плотности берутся только при калибровке датчиков. По затуханию ультразвука при работе уровнемера определяют даже наличие механических примесей, а с помощью цветных, конденсаторных датчиков даже газонасыщенность жидкостей, нефтей и углеводородов. Manual density samples are taken only when calibrating sensors. By the attenuation of ultrasound during the operation of the level gauge, even the presence of mechanical impurities is determined, and with the help of color, capacitor sensors even the gas saturation of liquids, oils and hydrocarbons.

Предложенный способ с помощью предложенного устройства позволяет не только определить вместимость и калибровку любых резервуаров, но и в автоматическом режиме определить наименьшую "мертвую" зону резервуара, его наименьший "мертвый" остаток продукта и указать при этом самый нижний сливной трубопровод, что не позволяют сделать известные способы. Измерения задублированы для надежности устранения сбоя табличными данными в ЭВМ. The proposed method using the proposed device allows not only to determine the capacity and calibration of any tanks, but also to automatically determine the smallest "dead" zone of the tank, its smallest "dead" product residue and indicate at the same time the lowest drain pipe, which does not allow known ways. Measurements are duplicated for reliability of elimination of malfunction by tabular data in the computer.

Все перечисленные факты повышают надежность, точность и увеличивают производительность как устройства, так и способа, с его помощью осуществляемого, что повышает оперативность, оборачиваемость продукта и другие экономические показатели при расчетных операциях как через откалиброванные таким образом резервуары, так и напрямую проводимые расчетные операции с помощью предлагаемого устройства. All of the above facts increase the reliability, accuracy and increase the productivity of both the device and the method implemented with it, which increases the efficiency, product turnover and other economic indicators during settlement operations both through reservoirs calibrated in this way and directly conducted settlement operations using the proposed device.

Claims

1. The method of determining the capacity and graduation of tanks, which consists in measuring the flow rate and liquid level by an ultrasonic transducer, the radiation of which is directed perpendicular to the liquid level, when filling and draining the liquid from the tank and calculating the parameters of the liquid in the tank, characterized in that the filling and draining liquids from the tank are sequentially produced along the belts alternately through the existing pipelines, and ultrasonic pulsed radiation is produced from the bottom of the tank bottom.

2. An ultrasonic device for determining the capacity and graduation of tanks, containing a reversible electro-acoustic transducer installed at the bottom of the tank bottom with vertical radiation in the direction perpendicular to the liquid level, a level gauge unit associated with the electro-acoustic transducer, a control unit, a unit for processing measurement results, characterized in that a liquid density measuring unit, liquid and ambient temperature sensors, a gas content sensor, and her, an automatic flowmeter unit, two switches and a timer, while the first and second outputs of the control unit are connected to the control inputs of the first and second switches, the level meter unit is connected to the electro-acoustic transducer through the first switch, the electro-acoustic transducer is connected through the second switch to the first input of the density measurement unit liquid, the second input of which is connected to the first output of the level meter unit, the second output of which, the second output of the liquid density measuring unit and the timer output connected to the corresponding inputs of the control unit, and the first outputs of the level gauge unit and the liquid density measuring unit, the outputs of the liquid and ambient temperature sensors, the gas content sensor and impurities, the output of the automatic flowmeter unit are connected to the corresponding inputs of the measurement results processing unit.