О проекте

ООО «СМАРТПРИБОР» организовано благодаря поддержке Фонда содействия инновациям – поддержан проект по разработке опытных образцов интеллектуального плотномера сжиженных газов.

Диплом победителя Старт-1
Целью работ, выполняемых по гранту Фонда, являлась разработка конструкции и технологических процессов изготовления измерителя плотности сжиженных газов и жидкостей, основанного на использовании механических систем со стабильными частотными характеристиками. Предполагалось использовать имевшийся у команды проекта научный задел и опыт разработки промышленных измерительных приборов, для разработки отечественного погружного вибрационного плотномера сжиженных углеводородных газов (СУГ).
В процессе выполнения работы, также требовалось подтвердить имеющиеся теоретические предположения о единой функции зависимости частоты колебаний вибратора камертонного типа, от плотности окружающей его среды в диапазоне плотностей сжиженных газов (420 ÷ 680 кг/м3). Ранее проведённые исследования и эксперименты показали, возможность использования единой функции для области плотностей газов (до 10 кг/м3) и жидкостей (от 680 до 2000 кг/м3), что позволило разработать метод калибровки вибрационных плотномеров по двум средам – воздуху и жидкости с известной плотностью (например, дистиллированная вода). Этот метод впервые был реализован на плотномере 804 (ООО «Пьезоэлектрик»), в разработке которого принимал участие руководитель проекта.
Основной особенностью измерения в СУГ является наличие постоянного высокого давления (от 0,6 до 2 МПа), которое влияет на работу вибропреобразователя и является источником дополнительной погрешности. Для снижения влияния давления на точность измерения требовалось разработать новую конструкцию камертонного вибропреобразователя, в которой влияние давления будет значительно снижено, относительно базовой конструкции (вибропреобразователь плотномера 804). В процессе выполнения работ по гранту Фонда, такая конструкция была разработана и запатентована в качестве изобретения (рисунок 1).
Патент на изобретение

Рисунок 1

    Кроме конструкции камертонного преобразователя плотности также была:
  • Разработана конструкция,  электрическая схема  и программное обеспечение  интеллектуального плотномера сжиженных газов (ИПСГ) (рисунки 2 и 3). 
  • Разработан  комплект  конструкторской документации и проект технических условий  на ИПСГ
  • Разработана и изготовлена оснастка для произведения и испытания  ИПСГ в сжиженном пропане.
  • Изготовлены опытные образцы ИПСГ и проведены испытания, которые подтвердили соответствие разработанного ИПСГ требованиям Технического задания. 
  • Исследованы особенности представленных на рынке плотномеров жидкостей и газов и сделаны выводы о необходимости разработки единого универсального прибора для измерения плотности жидкостей (включая сжиженные газы) и газов.
  • Исследованы возможности применения разработанного вибропреобразователя для измерения вязкости жидкостей.

Сборочный чертёж

Рисунок 2

Первичный преобразователь (запатентован) представляет собой стальной трубчатый корпус, в котором закреплены жестко соединенный с камертоном пьезопреобразователь и термопреобразователь.

Электронный блок формирует электрические сигналы, передаваемые на пьезопреобразователь для возбуждения механических колебания вибропреобразователя плотности камертонного типа. 

Электронный блок преобразует измененное значение резонансной частоты вибропреобразователя в значения плотности. Далее, проводится корректировка полученных значений для снижения дополнительной погрешности от влияния температуры и других факторов, после чего, формируются выходные сигналы (аналоговый тока и цифровой), а также отображает на дисплее значение плотности в кг/м3.

Плата индикации и управления плотномера содержит жидкокристаллический дисплей и кнопки, позволяющие производить операции контроля, настройки и калибровки плотномера.


внешний вид ИПСГ
Рисунок 3 - Внешний вид ИПСГ 

Плотномер-вискозиметр СМАРТ

Результаты работ по первому этапу проекта, исследование рынка аналогичных промышленных приборов, а, также, последних изменений этого рынка, показали необходимости разработки единого универсального прибора для измерения плотности жидкостей (включая сжиженные газы) и газов, а, также, вязкости жидкостей. Кроме того, на передний план вышла необходимость замены импортных приборов российскими аналогами в новых и существующих проектах (в том числе, уже установленных у потребителя), поэтому, было принято решение о продолжении разработки для создания продукта, как минимум, не уступающего импортным аналогам по функциональным возможностям.

    Основными задачами второго этапа проекта стали:
  • разработка высокоэффективного вибропреобразователя плотности и вязкости для измерения в жидкостях с высокой вязкостью;
  • разработка алгоритмов возбуждения колебаний и измерения параметров резонатора;
  • разработка алгоритмов одновременного измерения плотности и вязкости жидкостей;
  • разработка опытных образцов погружного интеллектуального плотномера-вискозиметра жидкостей и газов конкурентного с импортными аналогами;
  • поиск партнёра для организации производства разработанного прибора.

Задачи второго этапа были успешно решены.

    За второй год работ командой проекта достигнуты следующие результаты:
  • разработаны и изготовлены высокоэффективные модули вибропреобразователя плотности и вязкости;
  • разработаны и изготовлены экспериментальные, а затем и опытные образцы плотномеров-вискозиметров;
  • разработаны методики настройки, калибровки, предварительных и итоговых испытаний плотномеров-вискозиметров;
  • разработана конструкторская и технологическая документация интеллектуального плотномера-вискозиметра «СМАРТ»;
  • разработаны технические условия на плотномер-вискозиметр;
  • разработана эксплуатационная документация;
  • найдены партнёры для организации производства;
  • организовано производство и выпущена первая партия приборов для проведения испытаний и сертификаций;
  • проведены испытаний на соответствие требованиям ТР ТС 020/2011 и ТР ТС 012/2011, выпущена декларация (ТР ТС 020 2011 № 17997743 от 17.08.2023) и получен сертификат соответствия (ТР ТС 012 2011 № ЕАЭС RU C-RU.АЖ58.В.04560 23).

Модельный ряд разработанного плотномера-вискозиметра составлен с учётом существующих на рынке устройств (рисунок 1). Предусмотрены оригинальные варианты исполнения (рисунок 2), рассчитанные как на наиболее полное удовлетворение запросов потребителей в новых и разрабатываемых проектах, так и варианты исполнения, предусматривающие замену существующих импортных аналогов на действующих предприятиях без доработок мест установки и электрических подключений. Прибор полностью совместим с импортными аналогами, при этом, потребителю обойдётся в разы дешевле. Проект является полностью российским и позволяет проводить гибкую ценовую политику с целью охвата всех потребителей упомянутых выше конкурентных устройств и их аналогов на российском рынке.

  Существующие устройства
Рисунок 1
Исполнение А Исполнение Б
а – исполнения СМАРТ-x-x.1хх б – исполнение СМАРТ-x-x.4хх
Рисунок 2

Плотномер-вискозиметр состоит и трёх модулей (рисунок 3), которые могут поставляться потребителю отдельно, в том числе в качестве деталей других устройств (массовые расходомеры и прочее). Модульная концепция плотномера-вискозиметра позволяет организовать продажи не только готового устройства плотномера-вискозиметра, но и отдельных модулей другим производителям аналогичной продукции, а также служить базой для разработки родственных устройств, например, вибрационных сигнализаторов уровня жидкостей или сыпучих сред.

модуль вибропреобразователя измерительный модуль в – плотномер-вискозиметр
а - модуль вибропреобразователя б – измерительный модуль в – плотномер-вискозиметр
Рисунок 3 – модули плотномера-вискозиметра

Плотномер-вискозиметр «СМАРТ» полностью перекрывает потребности основных потребителей импортных аналогов на нефтегазовых предприятиях, компаний по транспортировке и переработка нефти и газа, также предприятия химической и пищевая промышленности.

Области применения