Магистранты Передовой инженерной школы ТУСУР участвуют в разработке импульсного уровнемера, который способен определить состав и положение границ раздела многослойных жидкостей.
Для чего нужны уровнемеры
Различные виды уровнемеров (поплавковые, емкостные, микроволновые) используются в производственном процессе во множестве промышленных сфер. Однако, если с измерением уровня однородной среды проблем не возникает, то измерение многослойных сред сопряжено с рядом трудностей.
Чтобы определить внутренние уровни, необходимо знать характеристики всех слоев исследуемой среды. Часто для таких измерений используются справочные характеристики, это приводит к существенным ошибкам, поскольку данные из справочников не всегда соответствуют параметрам естественных сред.
«Например, в нефтеперерабатывающей промышленности при сепарации сырой нефти в цистерне образуются не только слои из нефти иводы, нои промежуточный слой эмульсии с непредсказуемыми параметрами, протяженность которого может достигать нескольких метров. Неверная и несвоевременная оценка состава такой среды приводит к необходимости остановки технологического цикла и сброса всего добытого сырья. В результате предприятия теряют сотни тысяч рублей, — рассказывает руководитель проекта, к.т.н. Евгений Тренкаль. — Данные, полученные с помощью уровнемера, помогут точнее отделять нефть от сопутствующих продуктов».
TDR-уровнемер: принцип работы
Импульсный уровнемер представляет собой измерительный блок размером 96*96*90 мм, внутри которого размещается электроника. К блоку присоединяется погружной зонд длиной до 18 м в гибком исполнении или до 4 м в жестком варианте.
Уровнемер устанавливают на цистерну с сырой нефтью, зонд погружают в содержимое емкости. От измерительного блока в зонд подаются короткие электрические импульсы, которые отражаются от границ раздела сред. По амплитуде и задержке отраженных сигналов можно определить состав и расположение границ раздела жидкостей.
Этапы реализации
В качестве прототипа устройства был выбран микроволновый уровнемер, принцип которого основан на импульсной рефлектометрии (TDR). Ученые ТУСУРа предложили модифицировать конструкцию измерительного зонда, путем включения в него специальных элементов с управляемыми параметрами. Добавление управляемых элементов позволяет измерить скорость распространения сигналов в каждом из содержащихся в резервуаре слоев. На основе этих данных стало возможно определение параметров каждого из слоев, что в результате позволяет выполнять автоматический анализ компонентного состава многослойной среды, избавиться от процедур настройки и калибровки устройства.
Функциональный макет импульсного уровнемера уже прошел лабораторные испытания. Для его реализации были разработаны ключевые блоки и программное обеспечение, позволяющее выполнять автоматическую интерпретацию измеряемых данных.
Одна из задач, с которой столкнулись разработчики устройства на текущий момент — необходимость разработки рефлектометрического измерительного блока. Данный блок планируется выполнить в виде отечественной гибридной интегральной схемы. Над решением этой задачи работает проектная группа ПИШ ТУСУРа.
Какие задачи решают магистранты ПИШ ТУСУР
В команде инженеров над проектом работают три магистранта первого курса Передовой инженерной школы ТУСУР: Егор Самардакевич, Иван Крузе и Андрей Сагдиев.
«Я разрабатываю блок генерации импульсных сигналов суб-наносекундной длительности. Узел блока управления будет формировать короткие электрические импульсы длительностью в несколько сотен пикосекунд и направлять их в зонд», — рассказывает магистрант ПИШ ТУСУР Егор Самардакевич.
Отраженные импульсы поступают в стробоскопический преобразователь.
«Этот узел позволит преобразовать отраженный сигнал, тем самым обеспечит возможность его оцифровки. Оцифрованная последовательность отраженных импульсов содержит информацию о составе среды. Иными словами, это поможет понять, какиежидкостинаходятся внутри цистерны и на каком расстоянии. Полученные данные передаются на компьютер оператору», — рассказывает магистрант ПИШ ТУСУР Иван Крузе.
Информация с уровнемера будет поступать на компьютер оператора с помощью беспроводной связи. Это позволит сотруднику находится в отапливаемом помещении, что особенно важно, учитывая климатические условия районов добычи нефти.
«Есть два варианта обработки данных. Первый: вся информация обрабатывается внутри самого уровнемера, а оператор видит на экране конечный результат. Второй: данные поступают на компьютер в «сыром» виде, и работник совершает дополнительные манипуляции, чтобы расшифровать результаты, — рассказывает магистрант ПИШ ТУСУР — Андрей Сагдиев. — Я работаю над программой, которая позволит реализовать внутреннюю обработку данных».
Перспективы проекта
Работы над импульсным уровнемером начались в 2023 году и рассчитаны на два года (период обучения первого потока магистрантов ПИШ ТУСУР). В 2024 году планируется разработать макет измерительного блока, и на его основе реализовать устройство измерения уровней.
К середине 2025 года ученые планируют получить опытный образец, который можно запустить в серийное производство.
«Что касается серийного выпуска устройства, рассматриваются различные варианты, в том числе организация производства составных частей прибора и прибора в целом на базе наших промышленных партнеров АО “НИИПП” и АО “НПФ “Микран”», — отмечает руководитель проекта Евгений Тренкаль.
Фото: Вероника Белецкая
Источник: пресс-служба ТУСУР, Передовая инженерная школа ТУСУР «Электронное приборостроение и системы связи» им. А. В. Кобзева
Актуальные новости инженерной школы в Telegram-канале «ТУСУР – передовой инженерный».
Фотографии с мероприятий можно посмотреть в официальной группе ПИШ ТУСУР в «ВКонтакте».
Наш сайт: engineers.tusur.ru