Датчик плотности раствора

[СКАЗОЧНИК]

Навеяло мысль из соседней ветки...
Суть такая: Есть буровой раствор, довольно агрессивный по составу (каустик (карбонат натрия), крахмал, вода, хлорид натрия, присадки различные, глина, иногда нефть и т.д.) все это находится в постоянной циркуляции и движении (стоят миксеры). А вот измерить надо плотность этого раствора, причем динамично (постоянно) с выводом каких-то результатов пока не принципиально в какой форме.

Главное, измерить плотность, вот например добавилась вода в раствор или газ любой (плотность упала чуток), а зафиксироанно было бы это сразу.

З.Ы. Если память не изменяет, плотность воды 1,01 кг/м3, плотность бурового раствора в среднем 1,21, иногда больше, иногда меньше.

З.З.Ы. И еще, т.к. раствор "густой" чтобы датчик поменьше требовал обслуживания, т.е. от налипания раствора, резины и т.д.

Вот такие суровые условия.

[wws63]

двигатель постоянного тока вращает миксер (датчик). Ток мотора прямо пропорционален плотности раствора. Как то так........

[Сэр Мурр]

Угу. И ещё зависит от напряжения, температуры, износа...
Предлагаю взвешивать эталонный участок трубопровода- объём трубы постоянный, меняется только вес, пропорционый плотности.

[СКАЗОЧНИК]

Вот! Про взвешивание уже интересно. Но не отнимает внимание еще и простота датчика.. =)

У нас были такие - две мембраны одна выше, другая ниже, они замеряли давления, суть работы в измерении разности давлений между мембранами... Мембраны хрупкие очень, движущийся раствор негативно влияет на точность измерений, раствор съедал материал мембран, датчик нужно мыть каждый день... (а особенно зимой - это дико неприятно)...

Плюс в мобильности (об этом тоже надо подумать) одна скважина бурится в среднем 2-3 месяца в нашем регионе, потом станок (вся буровая) переезжает на другое место, и датчики снимаются и тоже перевозятся.... Плюс есть люди которые, скромно говоря, вообще ничего не берегут и не понимают как это работает, могут и отверткой потыкать и т.д...


З.Ы. Вообще, вопросов очень много, и датчиков тоже. Многие сделаны приятно очень хорошо, но это в основном датчики оборотов агрегатов (датчик Хола плюс неодимовый магнит на валу (шкиве)), к ним вопросов нет.

Самый противный вот этот "Плотность". Про другие говорить не буду пока, чтобы не сбивать с темы.

[Сэр Мурр]

Единственная проблема-гибкая подводка к эталонной трубе. Буровые шланги армированные и очень жёсткие.

[СКАЗОЧНИК]

В емкости не принципиально. Армированные и жесткие это на манифольде, где давление до 200 атмосфер... А в емкости просто раствор в открытом баке... =) Проблема в том, чтобы его из нее выкачивать (циркулировать), а для этого нужен отдельный насос...

[СКАЗОЧНИК]

Есть еще другой вариант, это тяжелый поплавок, прицепленный к весам электронным, если плотность больше, он всплывает. Но мешает то, что раствор постоянно перемешивается....

[Vasilii]

Применить вискозиметр (по-простому обычная лейка). Если уровень раствора, вытекающей из к.л. емкости начнёт расти - плотность увеличивается, если не меняется или падает - соответственно постоянна или уменьшается. Но, это сложно из-за пополнения.
Периодически наливать и мерять время вытекания.
Нужно думать, пробовать, и опять думать.

[СКАЗОЧНИК]

Есть банальные ареометры, но для их использования постоянно в ручную берут в банку часть раствора и замеряют... Нужно автоматику на подобном или другом приципе, чтобы на мониторе компа показывала кривую, привязанную к времени о изменении плотности.

Датчик очень важен, т.к. по плотности можно определить появился газ или грунтовые воды при бурении, что черевато таким явлением, как "ВЫБРОС", когда рабочий многотонный инструмент вылетает из скважины как спички, убивает людей, а если еще и газ типа Метана, то возгорание... Буровая сгорает за считанные минуты. Это о важности такого типа датчика. Конечно, на все это работает комплекс датчиков, один замеряет уровень потока бурового раствора из скважины (увеличился/уменьшился), другой замеряет прибывает раствор в емкости ли нет, хроматограф измеряет наличие газов и их состав и т.д.

[Сэр Мурр]

Завтра, если не забуду, поспрашиваю у буровиков, какова технологическая схема циркуляции бурового раствора, чтоб прикинуть, куда можно пристроить датчик веса.

[СКАЗОЧНИК]

Есть еще одно НО.... Схему циркуляции бурового раствора прекрасно знаю, там ничего сложного нет. Есть еще один момент, замерять плотность надо на выходе из скважины, а там обычно желоб идет, по которому течет раствор к виброситам. Раствор идет со шламом (выбуренной породой), достатоыно быстро, вот, до виброситов и надо замерять... Желоб не такой уж и большой, чтобы было возможно туда поставить большой датчик.

А еще лучше - два датчика, которые бы меряли плотность на выходе из скважины и на входе, т.е. в самой емкости.

[Сэр Мурр]

Ну вот подумал, что заодно можно и вязкость раствора определять, по скорости вращения вертушки.
Раствор находится под атмосферным давление, через измерительную трубу протекает самотёком, и потому не зависит от параметров насосной станции.
Надо бы сделать прикидочный расчёт для определения границ изменения параметров- плотности и вязкости.
Измерять плотность на выходе из скважины очень здорово, но но проблемы искажения показаний выносимым шламом. А после вибросит, в амбаре- плотность может уменьшится, из-за дегазации.

[Greg-ory]

По току двигателя мешалки раствора можно однозначно судить о вязкости перемешиваемого содержимого. Мы так делали, когда в автоматическом режиме растворяли что-то типа геля в воде. Но там смотрели растворилось или нет...

[Сэр Мурр]

Судить можно, измерять нельзя.

[СКАЗОЧНИК]

еще думали мерить плотность по скорости прохождения, например звука... Ведь, чем плотнее среда, тем быстрее скорость... )))
Конечно, один из самых простых вариантов и надежных, мерить вес.... Однако, хочется чего-то такого, чтобы просто пришел, прилепил на магнитной подошве к трубе (или желобу) и забыл. ))) В реальном времени выводится на самописец. )) Точнее, есть система сбора, в которой АЦП преобразуют входной сигнал от датчиков, который изменяется в диапазоне 0-6 Вольт. Каждому датчику присвоен канал, к которому он подключен. Все это через РС-485 передается на комп, в котором программа уже интерпретирует калиброванные физические значения. и записывает все это в реальном времени постоянно.

[Pu_ma]

Емкостной датчик на трубу.. и смотреть спектр, сейчас такие приборы в комплекте с ноутом не проблема, могут работать в режме самописца, или определять диэлектрческую постоянную, емкость т.д.

[просто КОТ]

Ёмкость завязана не столько на вязкость, сколько на сцепку из объёма и проводимости... Может быть некоторая неточность показаний.

Мне вот что кажется годным -- два устройства, и правда лепятся на магнитах. С разных сторон бака. Одно посылает через пьёзик ультрозвуковую пачку импульсов и запускает таймер. Пачка импульсов заданной длины и с заданным заполнением частотой. Устройство с той стороны её распознаёт, и через строго n миллисекунд формирует такую же в ответ. Приняв пачку стопорим таймер, вычитаем n и получает время, пропорциональное вязкости раствора. Измерять строго не получится, однако можно запрограммировать прибор на калибровку при включении. Если поползёт цифра вниз -- плотность выросла. Поползёт вверх -- уменьшилась. Вот соответственно три светодиода и ещё сирена. Небольшой микроконтроллер, та же ATtiny13 и пьезик.