Проекты
Конкурсные проекты

Разработка универсального кондуктометра для измерения низких значений удельной электропроводности жидких сред, таких как деионизированная вода и нефтепродукты.

Современные технологические процессы предъявляют всё более жесткие требования к исходным материалам, веществам и условиям. В частности, при изготовлении полупроводниковых приборов, приготовлении химических и биологических веществ, а также при проведении лабораторных химических анализов требуется абсолютно чистая, деионизированная вода. Наличие даже небольшого количества сторонних ионов приведет к резкому возрастанию брака производства или ошибки анализа. Требования к чистоте воды определяются  ГОСТ Р 52501-2005 (ISO 3696:1987).
Согласно ГОСТ 25950 и ISO 6297 для нефтепродуктов необходимо обеспечить безопасность их перекачки и транспортировки, связанную с опасностью накопления статического электричества. Для предотвращения этого применяют присадки, повышающие электропроводность.
В данном случае, общим между чистой водой и нефтепродуктами является то, что одной из основных характеристик, по которой судят о их соответствии ГОСТ, является электропроводность. При этом, для контроля электропроводности не допустим контакт жидкостей с металлическими элементами, в том числе конструкцией датчика, в противном случае произойдет загрязнение воды ионами, или на измерение окажет влияние статическое электричество нефтепродуктов, что приведет к искажению результатов и возрастанию погрешности.
Одним из вариантов решения проблемы является применение предложенного авторами заявки кондуктометрического датчика с гальванически разделенными диэлектриком электродами, что полностью исключит риск «загрязнения» деионизированной воды ионами со стороны датчика, а также устранит влияние статического электричества на результат измерений электропроводности нефтепродуктов.
Исходными данными для выполнения работы являются результаты предварительных исследований применения кондуктометрических датчиков с гальваническим разделением жидкости и электродов, предложенный и патентуемый способ измерения электропроводности чистых и деионизированных жидких сред.

Тип участника::  Авторский/творческий коллектив
Наименование организации/физического лица/авторского/творческого коллектива:  Росхимприбор
Контактное лицо: ФИО:  Дуда Антон Васильевич
ФИО всех участников авторского/творческого коллектива:  Дуда Антон Васильевич, Соловьёв Виталий Андреевич, Кривобоков Дмитрий Евгеньевич, Круглянский Виталий Андреевич, Первухин Борис Семенович, Коломеец Максим Александрович
Перечень решаемых задач:  Прибор предназначен для контроля качества воды согластно ГОСТ Р 52501-2005 (ISO 3696:1987), ГОСТ 25950 и ISO 6297.
Области применения:
Энергетика (контроль качества конденсата на ТЭЦ и ГРЭС);
Фармацевтика (контроль качества растворителя);
Электронная промышленность (обеспечение технологического процесса при производстве полупроводниковых кристаллов);
Химические предприятия и лаборатории (приготовление высокочистых реагентов и экстракции);
Нефтеперерабатывающие предприятия (контроль наличия присадок, необходимых для транспортировки топлива).
Описание функциональных возможностей и элементов проекта:  Основная функция - измерение удельной электропроводности и температуры, не оказывая влияния на ионный состав жидкости.
Диапазон показаний: от 10 в степени минус 12 до 10 в степени минус 3 См/м
Относительная погрешность: 0,5% в диапазоне от 10 в степени минус 7 до 10 в степени минус 3.
Вид исполнения прибора: переносной, малогабаритный, позволяет проводить экспресс-анализ.
Температура анализируемой среды: от 0 до 100 гр. по Цельсию.
Напряжение питание: от сети переменного тока или от АКБ.
Отсутствует влияние на ионный состав анализируемой среды.
Измеряемые параметры: удельная электропроводность, температура.
Выходной сигнал: удельная электропроводность, приведенная к заданной температуре в цифровом виде.

Приборный комплекс состоит из первичного преобразователя удельной электропроводности и температуры, соединенного при помощи кабеля с измерительным прибором обработки результатов измерений.
Результаты измерения отображаются на дисплее измерительного прибора, построенного на основе высокопроизводительного микроконтроллера, и посредством стандартного интерфейса передаются в систему сбора и обработки данных.
Электроды датчика гальванически развязаны с измеряемой средой, покрыты диэлектриком.
Масса датчика - не более 0,5 кг. Предполагаемый размер датчика: диаметр = 30 мм., глубина = 150 мм. Масса измерительного блока - не более 2 кг. Предполагаемый размер блока: 200х150х50 мм.
Вид исполнения датчика: герметичный, устойчивый к температурам от 0 до 100 гр. по Цельсию.
Вид исполнения измерительного блока: IP-44, общеклиматическое исполнение.
Условия эксплуатации:
1) температура до 100 гр. по Цельсию;
2) относительная влажность воздуха до 80% при температуре 35 гр. по Цельсию;
3) атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа;
4) отклонение напряжения питания переменного тока от номинального значения 220 В на минус 15% плюс 10%;
5) частота переменного тока (50 плюс/минус 1) Гц;
6) вибрации в месте установки прибора с частотой 5-25 Гц и амплитудой смещения до 0,1 мм.
Дата внедрения:  01.04.2021 23:59:59
Используемые платформы, средства разработки: 

При разработке ПО используется IDE Eclipse.

Стоимость разработки системы:  2 млн. руб.
Средний размер ежегодных затрат на эксплуатацию:  0
Перспективы развития:  На сегодняшний день потенциальная область использования разрабатываемого прибора, это электронная, фармацевтическая, энергетическая и нефтеперерабатывающая промышленность. Потенциальный объем рынка промышленных кондуктометров для данных отраслей в Российской Федерации составляет более 1,75 млрд руб. (14 тыс. приборов) в год и более 1 млрд. (8 тыс. приборов) в год для рынка лабораторных кондуктометров. Что касается состояния отрасли, то темпы развития рынка кондуктометров диктуются темпами развития отраслей, в которых они используются. Представленные отрасли из года в год показывают уверенный рост в размере от 3 до 7% в год. Уровень автоматизации в данных отраслях также растет. Это является дополнительным драйвером роста рынка кондуктометров, поскольку оснащение предприятий автоматизированными производственными линиями потребует наличия встраиваемых в процесс измерительных приборов. Анализ показал, что существующие приборы промышленного класса не удовлетворяют требованиям государственных стандартов, а использование лабораторных приборов в технологическом процессе невозможно.
Инновационность проекта:  Существующие на рынке приборы, предназначенные для измерения удельной электропроводности в низких диапазонах согласно ГОСТ 52501-2005, имеют существенный недостаток, обусловленный наличием контактирующих металлических частей, вступающих во взаимодействие с деионизированной водой, поскольку с поверхности металлов происходит переход свободных ионов в жидкость, увеличивая ее электропроводность и, соответственно, погрешность измерения.
Аналогичные проблемы возникают при контакте металлического датчика с нефтепродуктами, отраженные в методике измерения УЭП по ГОСТ 25950 и ISO 6297.
Предлагаемое решение в рамках данного проекта, связанное с использованием гальванически развязанных электродов для измерения низких значений УЭП, позволяет исключить указанный недостаток.
Стоимость разрабатываемого прибора для исследования деионизированной воды будет оставаться на уровне среднерыночной стоимости аналогичного оборудования конкурентов при заявленных преимуществах, а для рынка приборов контроля качества нефтепродуктов стоимость будет ниже на 30% по сравнению со среднерыночной стоимостью аналогичного оборудования конкурентов.
Среди российских производителей можно выделить прибор "Марк-603/1" компании "Взор", рекомендуемый для контроля качества деионизированной воды согласно ГОСТ 52501-2005 и "ЭЛ-4М" (200-220 тыс. руб.) компании "Нефтехимавтоматика-СПб", рекомендуемый для контроля электропроводности нефтепродуктов.
Достижение поставленных целей:  1. В первый год будет разработан и изготовлен экспериментальный макет универсального кондуктометра для измерения низких значений УЭП жидких сред и проведены его испытания, подана заявка на изобретение. Также будет разработана рабочая документация и опытный образец лабораторного кондуктометра для измерения низких значений УЭП жидких сред, таких как деионизированная вода и нефтепродукты.
2. Во второй год будут проведена корректировка рабочей документации, разработка и выпуск установочной серии лабораторного кондуктометра и проведение необходимых испытаний с целью внесения в государственный реестр средств измерений, разработка опытного образца промышленного кондуктометра.
3. В третий год будет проведена корректировка рабочей документации, разработка и выпуск установочной серии промышленного кондуктометра, проведены необходимые испытания с целью внесения в государственный реестр средств измерений.
Социальная значимость и/или экономическая эффективность (в зависимости от типа проекта):  Результаты исследований по тематике отражены в следующих работах:
1) КОНТРОЛЬ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ / Первухин Б.С., Сопин В.А. // В сборнике: Измерение, контроль, информатизация Материалы XIX международной научно-технической конференции. Под редакцией Л.И. Сучковой. 2018. С. 102-106.
2) СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРОВ ЖИДКОСТИ / Первухин Б.С., Тюркин В.С., Сопин В.А. // Ползуновский альманах. 2017. Т. 3. № 4. С. 179-182.
3) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЖИДКОСТЕЙ / Первухин Б.С., Сопин В.А., Тюркин В.С. // Ползуновский альманах. 2017. Т. 3. № 4. С. 223-225.
4) МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ ЖИДКОСТИ / Латышенко К.П., Первухин Б.С. // Учебное пособие / Москва, 2017. Сер. 11 Университеты России (2-е изд., испр. и доп).
Актуальность и востребованность проекта:  Современные технологические процессы предъявляют всё более жесткие требования к исходным материалам, веществам и условиям. В частности, при изготовлении полупроводниковых приборов, приготовлении химических и биологических веществ, а также при проведении лабораторных химических анализов требуется абсолютно чистая, деионизированная вода. Наличие даже небольшого количества сторонних ионов приведет к резкому возрастанию брака производства или ошибки анализа. Требования к чистоте воды определяются  ГОСТ Р 52501-2005 (ISO 3696:1987).
Согласно ГОСТ 25950 и ISO 6297 для нефтепродуктов необходимо обеспечить безопасность их перекачки и транспортировки, связанную с опасностью накопления статического электричества. Для предотвращения этого применяют присадки, повышающие электропроводность.
В данном случае, общим между чистой водой и нефтепродуктами является то, что одной из основных характеристик, по которой судят о их соответствии ГОСТ, является электропроводность. При этом, для контроля электропроводности не допустим контакт жидкостей с металлическими элементами, в том числе конструкцией датчика, в противном случае произойдет загрязнение воды ионами, или на измерение окажет влияние статическое электричество нефтепродуктов, что приведет к искажению результатов и возрастанию погрешности.
Одним из вариантов решения проблемы является применение предложенного авторами заявки кондуктометрического датчика с гальванически разделенными диэлектриком электродами, что полностью исключит риск «загрязнения» деионизированной воды ионами со стороны датчика, а также устранит влияние статического электричества на результат измерений электропроводности нефтепродуктов.
Исходными данными для выполнения работы являются результаты предварительных исследований применения кондуктометрических датчиков с гальваническим разделением жидкости и электродов, предложенный и патентуемый способ измерения электропроводности чистых и деионизированных жидких сред.
Перспективность проекта (возможность дальнейшего совершенствования): 

Для организации взаимодействия между элементами системы и АСУ ТП применяется коммуникационный протокол Modbus.

Презентация проекта pdf:  Загрузить
Возврат к списку
нет доступа к комментариям