智能化螺旋電容式油中含水檢測儀制造技術

一種智能化螺旋電容式油中含水檢測儀，采用一對沿被測管道螺旋分布的曲面電容傳感器，傳感器的一端到另一端產生一個大于１８０度的旋轉電場，經計算機優化電極結構及旋轉角度，得到具有高測量靈敏度的傳感器，另外在傳感器一端設置一對相對安裝的電導檢測探針，另一端設置鉑電阻溫度檢測探頭，經智能化單片計算機進行數據處理和多元參數分段計算得到油中含水率，經數字顯示輸出并給出所要求的信號。提高了測量的靈敏度和精度。（*該技術在2005年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術為一種兩相式兩組分流體檢測儀表。油中含水率的測量是兩相流工業測量及實驗室研究中所遇到的重要課題，采用電容法測量油中含水率具有設備簡單、使用方便、成本低、動態響應快、可靠性高、非接觸、非插入式、對流體流動狀態無干擾、無壓力損失以及可以測量載流管道整個載面等優點，因此受到國內外有關研究人員的重視。然而采用電容法的最大問題在于，管道中兩相或兩組分流體分布的狀態或流型影響電容傳感器的輸出，而且流體溫度對電容影響也很大，電容值與含水率之間呈嚴重的非線性關系，造成很大的測量誤差。為解決這一問題，有人提出了采用旋轉電場進行測量的分法，如E.A.HAMMER等人在“Capacitamcetransducers for non-intrusire measurement of wa-ter in crude oil”(Flow Meas Instrum Vol.1 Oct-ober 1989)一文中提出的采用螺旋形曲面電極系統，使傳感器的一端到另一端產生一個180度的旋轉電場，從電極結構上對被測載流管道進行了平均化處理，理論模擬和試驗結果表明，該電極受流動狀態變化的影響非常小，此文的結論是如果混合液中油為連續相時，螺旋式電容原油含水測定儀的測量結果將不隨兩相流的分布情況而變化；當流動狀態發生變化時，它比目前使用的電容原油含水測定儀的穩定性好。對北海油田的原油可以測量含水量從0％-80％，但它的缺點是對油中含水量在80％以上，為水連續相時則不能進行測量。另外由DELTAC公司生產的DC-1000油中低含水分析儀技術手冊中指出含水率在0％-10％時，測量值、溫度與含水率之間呈二元線性關系，可以用三維平面描述，試驗證明，當含水率由0％-100％變化時，這三者的關系變成復雜的嚴重非線性曲面。本技術提供了一種不受相分布或流型影響，對溫度變化不敏感的，解決了測量的嚴重非線性問題，而測量靈敏度很高的螺旋電容式油中含水率檢測儀，其測量油中含水率范圍從0％-100％。智能化螺旋電容式油中含水檢測儀，由檢測傳感器和單片計算機系統構成；檢測傳感器是用標準法蘭1，連接的一段玻璃鋼絕緣載流管道2，內壁裝有一對螺旋曲面電極作為電容測量電極5、7，一對電導測量電極9、10和一個溫度測量探頭3，總體作為測量的現場檢測傳感器；單片計算機系統是能完成信號處理、數據濾波、多參數數值計算、分段計算處理的單片計算機智能化系統。本技術的技術效果在于，該智能化螺旋電容式原油含水測量儀，采用了玻璃鋼做為絕緣材料，內襯式電容結構，襯里采用防水涂料，內壁光滑，故可以補償傳感器內部引起的干擾影響，經標定試驗，其準確度為±4％，重復性誤差優于1.0％(溫度誤差優于±0.5％)，可以較高精度測量原油中的含水量。另外該測量儀，表明了混合流體的介電常數是隨混合比率而變化的，但呈嚴重的非線性關系，在油是連續相時，含水率與測量電容之間的關系呈近似二次曲線，在油水相轉換時，電容值產生一個大跳變，當水是連續相對電容的變化呈另一種非線性關系，參見圖6。對試驗用柴油與自來水混合液，當溫度在40℃時，跳變點在60％到65％之間，而試驗用變壓器油與自來水混合液的跳變點在50％～55％之間。這種特性如果用常規的測量方法，是沒辦法做到精確測量的，也是混合流測量的主要難點所在。另外通過實驗發現，電容傳感器對管道內流體壓力變化不敏感，但對流體溫度變化卻十分敏感，流速變化也有一定影響，用該方法通過多次試驗測得大量數據，掌握了溫度與電容的變化規律。本技術通過動態試驗還對混合流體的含水百分率與電導率(電阻)之間的關系做了試驗也掌握了其中的規律。在掌握了混合流流動機理與測量電容、電導、溫度、流速等各參數之間關系的基礎上，分析影響測量的主要因素，用計算機進行大量的數據分析、處理，最后選用電容和溫度做為主要測量參數，得到溫度—電容—含水率(T—C—W)之間的關系曲面，如圖7；又由計算機進行試驗數據的平滑、回歸、參數優化等，計算得到溫度—電容—含水率(T—C—W) 之間的分段回歸多元非線性數據方程，流速做為參變量，電導做為輔助測量，對油連續相和水連續相分別計算處理，解決了測量曲線的非線性問題，由此實現了儀表的智能化。附圖說明圖1為本技術螺旋電容測量傳感器剖面示意圖；圖2為本技術螺旋電容測量傳感器A—A剖面示意圖；圖3為本技術螺旋電容測量傳感器測量部分電路方框圖；圖4為本技術計算機智能化系統方框圖；圖5為本技術螺旋電容測量傳感器測量部分的電路原理圖；圖6為本技術動態試驗曲線，含水率—電容變化量之間關系曲線其溫度在35℃時；圖7為本技術的溫度—電容—含水率(T—C—W)之間的分段回歸曲面圖，W＝0％～100％，T＝35℃～55℃。1標準法蘭、2玻璃鋼絕緣載流管道、3溫度測量探頭、4外屏蔽電極、5電容測量電極、6隔離電極、7電容測量電極、8隔離電極、9電導測量電極、10電導測量電極、11高強度絕緣材料、12被測載流管道、13防爆殼、14方波振蕩源、15調整脈沖寬度調節器、16真有效值—直流電壓轉換器、17直流放大器、18T形濾波器、19電壓—電流變換器、20電阻測量電路、21電壓—電流變換電路、22溫度變換器、23多路模擬開關、24模擬量—數字量轉換器、25微處理器、26數字量—模擬量轉換器、27電壓比較器、28數碼顯示器、29I/ORS232、30EPROM、31ROM、32RAM、33調校計算機、Ic電容信號、It溫度信號、Ir直流電源信號。實現本技術的最佳方案如圖所示。其結構和工作原理為螺旋曲面電容測量電極是安裝在被測載流管道12的內壁，有一層高強度絕緣材料11使電容測量電極5、7與被測流體之間絕緣，電容測量電極5、7為具有相同張角的兩個金屬弧狀電極，它們沿載流管道軸線螺旋分布，使之從電容傳感器的一端到另一端產生大于180度的旋轉電場，為防止兩極之間的漏電場，在兩極間還安置了一對隔離電極6、8，它們與主電極一起旋轉同樣的角度。為防止環境電磁場的干擾，傳感器外壁安置一層金屬屏蔽電極4。電導檢測電極9、10，是安裝在被測載流管道電容測量電極的下游，與電容傳感器保持一定距離，由上下軸對稱并插入到被測管道內的兩個金屬探針做電導測量電極9、10，它們的金屬部分直接與被測流體接觸，以檢測流體的電導率。溫度檢測探頭3，是安置在電容傳感器的上游，并與之保持一定距離的插入在被測載流管道內的一段金屬密封套管，內部安裝有鉑電阻的溫度傳感器作為流體溫度的在線檢測。能完成信號處理、數字濾波、多參數的數值計算、分段數值計算的單片計算機智能化系統，由兩部分組成，一是安置在傳感器上圓形防爆殼13內的信號測量及處理部分(如圖1)，另一部分是安裝在計算控制箱內的，由多路開關、模數轉換、微處理器、預置計算程序以及數模轉換，RS232、RS422，輸出接口等幾部分組成(如圖4)。完成電容、溫度及電導信號的信號處理，數據濾波及數值計算等直接輸入油中含水率百分比含量的數字顯示或輸出給上位機信號。電容測量系統，由于螺旋電容極板較長、面積大、以及保護電極、屏蔽電極的各種分布電容的影響，使被測電容具有很大的起始電容，給測量帶來不便，因此選擇脈沖調寬法進行電容電的測量，如圖3所示。由方波振本文檔來自技高網...

【技術保護點】
智能化螺旋電容式油中含水檢測儀，由檢測部分和信息處理部分組成，信息處理部分由單片計算機系統完成信號處理，數據濾波，多參數數值計算，分段計算處理，是由多路模擬開關（２３），模擬量一數字量轉換器（２４）、電壓比較器（２７）、微處理器（２５）、ＥＰＲＯＭ（３０）、ＲＯＭ（３１）、ＲＡＭ（３２）、數碼顯示器（２８）數字量一模擬量轉換器（２６），數據Ｉ／Ｏ、ＲＳ２３２（２９）組成，電容信號Ｉｃ、溫度信號Ｉｔ、兩個模擬信號經由系統時鐘控制的多路模擬開關（２３）采樣，經模擬量－數字量轉換器（２４）變成數字信號送微處理器（２５），電阻信號Ｉｒ經電壓比較器（２７），將模擬信號變成開關信號送微處理器（２５），經予先設置在ＥＰＲＯＭ（３０）、ＲＯＭ（３１）、ＲＡＭ（３２）中的軟件進行數字信號處理、數據濾波、多參數數值計算、分段計算處理后輸出，可經數碼顯示器（２８）顯示，也可經數字量－模擬量轉換器（２６）變成標準儀表電流信號輸出，還可經數據Ｉ／Ｏ、ＲＳ２３２（２９）送計算機數字信號，外調校計算機（３３）用來在線調校，其軟件是用ＡＳＭＳＩ匯編語言編輯，采用８０３１單片機外加八選一多路開關把現場信號通過Ａ／Ｄ芯片由模擬量轉換成數字量存入處理器，對信號進行數據處理，然后通過Ｄ／Ａ芯片把數據轉換成模擬量送入顯示器顯示輸出，其特征在于檢測部分為檢測傳感器，是用標準法蘭（１）連接的一段玻璃鋼絕緣載流管道（２），內壁裝有一對螺旋曲面電極作為電容測量電極（５）、（７），一對電導測量電極（９）、（１０）和一個溫度測量探頭（３），總體作為測量的現場檢測傳感器。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王克力，郭殿杰，謝亞男，劉杰，王英茹，施學勤，
申請(專利權)人：大慶石油管理局油田建設設計研究院，
類型：實用新型
國別省市：23[中國|黑龍江]