CN101968372B - 储油罐液位变送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储油罐液位变送装置。它包括套管中电连接的传感部件和信号传输部件，特别是套管为由上盖(1)和底座(8)构成的密封套管，底座(8)的端部置有窗口(9)，窗口(9)处置有传感部件；传感部件为由电连接的容量电压转换器(61)、平板状的电容上极板(62)和电容下极板(63)组成的电容式压力传感部件(6)，容量电压转换器(61)的输出端经密封转接板(4)与信号传输部件电连接；密封转接板(4)位于电容式压力传感部件(6)与信号传输部件之间，其上置有穿透其板体的电气焊接点和防水分子塞；信号传输部件为同轴密封套装有导线和导气管的电缆(2)。它能对无压储油罐中的石油液位进行精确的测量，可广泛用于油田生产。

Description

储油罐液位变送装置

技术领域

本发明涉及一种液位变送装置，尤其是一种储油罐液位变送装置。

背景技术

目前，在石油采集的过程中，油田企业大多是将油井里自喷或抽吸出的石油暂存于井旁的储油罐中，这些分布于野外的众多的储油罐中的石油液位是石油生产中的重要参数，准确地监控液位对油田生产过程的自动化和安全生产都有着十分重要的意义。现有的液位监控设备有多种，如在2008年4月24日公开的美国发明专利申请公开说明书US 2008/0092647A1中披露的一种“环境状态测量仪”。该环境状态测量仪意欲对液罐内的液位进行适时的监控，其由电连接的液位传感器、检测电路和电子控制单元构成，其中的液位传感器的主要结构为套管中置有一对检测电极、底部置有通孔。测量时，液位传感器负责采集储液罐内介质液位的变化，即通过被置于待测液体之中的检测电极间的液位的变化而引起传感器的电容量的改变来获得液位的高低值，变化了的电容信号经过检测电路的信号处理与放大，最后传送到电子控制单元，使得环境状态测量仪能够对液罐内的液位进行适时的监控。但是，这种环境状态测量仪中的液位传感器存在着不足之处，首先，一对检测电极须同时直接接触液位，且待测液体须为稀薄易流动的，而储油罐中的原油却为粘稠介质、且静压最大时可达0.6Mpa，这就不仅使液位传感器的灵敏度大打折扣，其测量的精确度也不能保证；其次，储油罐内的工作温度高达80℃以上，原油又为腐蚀性介质，使采用于圆柱状金属外覆有金属薄膜结构的检测电极的长期工作的稳定性和可靠性均难以保证；再次，置于套管中的一对检测电极是通过套管底部的通孔与储液罐内的介质进行接触的，当其置于储油罐内的石油中时，通孔极易被粘稠的石油堵塞，使其既不能测得准确的石油液位，也不易对其进行日常的维修和保养。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、实用，适合无压油罐液位测量的储油罐液位变送装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：储油罐液位变送装置包括套管中电连接的传感部件和信号传输部件，特别是，

所述套管为密封套管，所述密封套管由上盖和底座构成，所述底座的端部置有窗口，所述窗口处置有传感部件；

所述传感部件为电容式压力传感部件，所述电容式压力传感部件由电连接的容量电压转换器、平板状的电容上极板和电容下极板组成，所述电容上极板为厚度为50～60mm的陶瓷板，所述电容下极板为公用电极，其由一面附有复合层的厚度为0.5～0.65mm的陶瓷板构成，所述复合层由中心复合层、隔离带和边缘复合层组成，所述中心复合层、隔离带和边缘复合层间的面积比例为50～70％∶25～35％∶5～15％，所述中心复合层由厚度为15～20μm的钯银混合体构成，所述隔离带为厚度为零的陶瓷板本体，所述边缘复合层由厚度为25～35μm的硼硅玻璃釉构成，所述构成电容下极板的陶瓷板的一面与窗口相抵触连接、另一面经其上的边缘复合层与所述电容上极板固定连接，所述容量电压转换器的输出端经密封转接板与所述信号传输部件电连接；

所述密封转接板位于所述电容式压力传感部件与所述信号传输部件之间，其上置有穿透其板体的电气焊接点和防水分子塞；

所述信号传输部件为同轴密封套装有导线和导气管的电缆，所述电缆中的导线的一端与所述密封转接板上的电气焊接点电连接、另一端与后续二次仪表的输入端电连接，所述导气管的一端经所述密封转接板上的防水分子塞与电容式压力传感部件相连通、另一端与大气相连通。

作为储油罐液位变送装置的进一步改进，所述的密封套管为圆柱状，其上盖和底座间经螺纹或卡扣相固定连接；所述的窗口位于底座的端口处；所述的窗口与电容式压力传感部件间置有柔性垫圈；所述的电容式压力传感部件与密封转接板间置有定位环；所述的作为电容上极板和电容下极板的陶瓷板均为三氧化二铝(AL₂O₃)板；所述的钯银混合体由摩尔比为10～30％的钯∶55～65％的银∶15～25％的粘合剂构成；所述的硼硅玻璃釉由摩尔比为20～40％的硼∶55～65％的硅∶5～15％的粘合剂构成；所述的电缆内置有同轴钢缆，电缆内的导线外套装有屏蔽层；所述的电缆经其外套装的密封件与上盖相连接。

相对于现有技术的有益效果是，其一，采用于密封套管端部的窗口处设置电容式压力传感部件，与电容式压力传感部件依次连接的密封转接板和信号传输部件置于密封套管中的构造，不仅整体结构简单，还因仅有一只检测电极-电容下极板与粘稠介质接触，而使日常的维修和保养变得简单易行；其二，在大量实验的基础上，通过对采用电连接的容量电压转换器、平板状的电容上极板和电容下极板结构的电容式压力传感部件中的电容上、下极板的厚度和电容下极板上的中心复合层、隔离带和边缘复合层间的面积比例，以及构成中心复合层、边缘复合层的不同的材质及其厚度进行优化选择，既使作为电容式压力传感部件的感压元件的电容下极板在储油罐中处于带有压力和温度的粘稠介质的工况下仍具有较高的感压灵敏度和极好的弹性形变性，保证了测量的精确度，在多次实际的测试中，当储油罐中的液位发生变化时，置于储油罐底部的电容下极板发生的形变均导致电容式压力传感部件电容量发生了较大的变化，又使电容式压力传感部件有着工作温度范围宽、抗干扰能力强、耐腐蚀性粘稠介质的腐蚀、抗高温和绝缘强度高等诸多的优点，使其具备了长期工作的稳定性和可靠性；其三，置于电容式压力传感部件与信号传输部件之间的密封转接板采用其上置有穿透其板体的电气焊接点和防水分子塞的结构，以及信号传输部件采用同轴密封套装有导线和导气管的电缆结构，除确保了储油罐液位信息的可靠传输之外，还保证了附有复合层一面的电容下极板处的气压在无水汽的情况下与储油罐外的大气压相同，防止了电容式压力传感部件和密封转接板的水蒸气结露，使本发明适用于无压油罐液位的测量；其四，本发明不仅性能价格比极高，还易于批量的工业化生产。

作为有益效果的进一步体现，一是密封套管优选为圆柱状，其上盖和底座间经螺纹或卡扣相固定连接，便于对其的制造和维护；二是窗口优选位于底座的端口处，利于对其的组装和使用；三是窗口与电容式压力传感部件间优选置有柔性垫圈，确保了密封套管与电容式压力传感部件间的密封性；四是电容式压力传感部件与密封转接板间优选置有定位环，该定位环既以相抵触的方式设定了电容式压力传感部件与密封转接板间的距离，又以卡套的方式固定住了电容式压力传感部件中的容量电压转换器的位置，为电容式压力传感部件的正常工作营造了较好的环境基础；五是作为电容上极板和电容下极板的陶瓷板均优选为三氧化二铝板，既绝缘，又抗高温、耐腐蚀，还价廉；六是钯银混合体优选由摩尔比为10～30％的钯∶55～65％的银∶15～25％的粘合剂构成，硼硅玻璃釉优选由摩尔比为20～40％的硼∶55～65％的硅∶5～15％的粘合剂构成，这种经大量的实验得出的最佳配方，与其自身的厚度，以及厚度为0.5～0.65mm的电容下极板相配合，获得了电容下极板的形变量与电容式压力传感部件的电容变化量对应的线性变化下的最高灵敏度；七是电缆内优选置有同轴钢缆，电缆内的导线外优选套装有屏蔽层，保证了电缆的牢固性和信号传输的抗干扰性；八是电缆优选经其外套装的密封件与上盖相连接，进一步减小了储油罐内的恶劣条件对电容式压力传感部件和密封转接板工作时的负面影响。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种基本结构示意图；

图2是图1中的电容式压力传感部件的一种基本结构示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，圆柱状的密封套管由上盖1和底座8构成，其中，上盖1和底座8间经螺纹(或卡扣)固定连接，底座8的端口处置有窗口9，窗口9处置有传感部件。

传感部件为电容式压力传感部件6，其由电连接的容量电压转换器61、平板状的电容上极板62和平板状的电容下极板63组成；其中，电容上极板62为厚度为55mm(可在50～60mm之间选择)的陶瓷板，电容下极板63为公用电极，其由一面附有复合层的厚度为0.6mm(可在0.5～0.65mm之间选择)的陶瓷板构成，其中的作为电容上极板62和电容下极板63的陶瓷板均为三氧化二铝(AL₂O₃)板。电容下极板63附有的复合层由中心复合层631、隔离带632和边缘复合层633组成，该中心复合层631、隔离带632和边缘复合层633间的面积比例为60％(可在50～70％之间选择)∶30％(可在25～35％之间选择)∶10％(可在5～15％之间选择)；其中，中心复合层631由厚度为18μm(可在15～20μm之间选择)的钯银混合体构成，隔离带632为厚度为零的陶瓷板本体，边缘复合层633由厚度为30μm(可在25～35μm之间选择)的硼硅玻璃釉构成，其中的钯银混合体由摩尔比为20％(可在10～30％之间选择)的钯∶60％(可在55～65％之间选择)的银∶20％(可在15～25％之间选择)的粘合剂构成，硼硅玻璃釉由摩尔比为30％(可在20～40％之间选择)的硼∶60％(可在55～65％之间选择)的硅∶10％(可在5～15％之间选择)的粘合剂构成。构成电容下极板63的陶瓷板的一面与窗口9相抵触连接、另一面经其上的边缘复合层633与电容上极板62固定连接，其中，窗口9与电容式压力传感部件6的电容下极板63间置有柔性垫圈7。容量电压转换器61的输出端经密封转接板4与信号传输部件电连接，其中，电容式压力传感部件6的电容上极板62与密封转接板4间置有定位环5。

密封转接板4由置有穿透其板体的电气焊接点和防水分子塞的板状物构成，其位于电容式压力传感部件6与信号传输部件之间。

信号传输部件为同轴密封套装有导线和导气管的电缆2，该电缆2中的导线的一端与密封转接板4上的电气焊接点电连接、另一端与后续二次仪表的输入端电连接，导气管的一端经密封转接板4上的防水分子塞与电容式压力传感部件6相连通、另一端与大气相连通。电缆2内还置有同轴钢缆，电缆2内的导线外套装有屏蔽层。电缆2经其外套装的密封件3与上盖1相连接。

使用时，只需将本发明置于储油罐中事先设定的深度即可。当储油罐中石油的液位发生变化时，电容式压力传感部件6即可实时地检测出，并经密封转接板4和电缆2将液位信号传送至后续二次仪表或上位计算机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的储油罐液位变送装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种储油罐液位变送装置，包括套管中电连接的传感部件和信号传输部件，其特征在于：

所述套管为密封套管，所述密封套管由上盖(1)和底座(8)构成，所述底座(8)的端部置有窗口(9)，所述窗口(9)处置有传感部件；

所述传感部件为电容式压力传感部件(6)，所述电容式压力传感部件(6)由电连接的容量电压转换器(61)、平板状的电容上极板(62)和电容下极板(63)组成，所述电容上极板(62)为厚度为50～60mm的陶瓷板，所述电容下极板(63)为公用电极，其由一面附有复合层的陶瓷板构成，该陶瓷板的厚度为0.5～0.65mm，所述复合层由中心复合层(631)、隔离带(632)和边缘复合层(633)组成，其相互间的面积比例为50～70％∶25～35％∶5～15％，所述中心复合层(631)由厚度为15～20μm的钯银混合体构成，所述隔离带(632)位于中心复合层(631)和边缘复合层(633)间，其厚度为零，所述边缘复合层(633)由厚度为25～35μm的硼硅玻璃釉构成，所述构成电容下极板(63)的陶瓷板的一面与窗口(9)相抵触连接、另一面经其上的边缘复合层(633)与所述电容上极板(62)固定连接，所述容量电压转换器(61)的输出端经密封转接板(4)与所述信号传输部件电连接；

所述密封转接板(4)位于所述电容式压力传感部件(6)与所述信号传输部件之间，其上置有穿透其板体的电气焊接点和防水分子塞；

所述信号传输部件为同轴密封套装有导线和导气管的电缆(2)，所述电缆(2)中的导线的一端与所述密封转接板(4)上的电气焊接点电连接、另一端与后续二次仪表的输入端电连接，所述导气管的一端经所述密封转接板(4)上的防水分子塞与电容式压力传感部件(6)相连通、另一端与大气相连通。

2.根据权利要求1所述的储油罐液位变送装置，其特征是密封套管为圆柱状，其上盖(1)和底座(8)间经螺纹或卡扣相固定连接。

3.根据权利要求2所述的储油罐液位变送装置，其特征是窗口(9)位于底座(8)的端口处。

4.根据权利要求3所述的储油罐液位变送装置，其特征是窗口(9)与电容式压力传感部件(6)间置有柔性垫圈(7)。

5.根据权利要求4所述的储油罐液位变送装置，其特征是电容式压力传感部件(6)与密封转接板(4)间置有定位环(5)。

6.根据权利要求1所述的储油罐液位变送装置，其特征是作为电容上极板(62)和电容下极板(63)的陶瓷板均为三氧化二铝板。

7.根据权利要求6所述的储油罐液位变送装置，其特征是钯银混合体由摩尔比为10～30％的钯∶55～65％的银∶15～25％的粘合剂构成。

8.根据权利要求6所述的储油罐液位变送装置，其特征是硼硅玻璃釉由摩尔比为20～40％的硼∶55～65％的硅∶5～15％的粘合剂构成。

9.根据权利要求1所述的储油罐液位变送装置，其特征是电缆(2)内置有同轴钢缆，电缆(2)内的导线外套装有屏蔽层。

10.根据权利要求9所述的储油罐液位变送装置，其特征是电缆(2)经其外套装的密封件(3)与上盖(1)相连接。 

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