CN1021131C - 对油水测量的改进 - Google Patents

Abstract

一种用以通过发送电磁波以测定两种物质的浓度的装置。此装置采用至少一个信号发送器和至少两个从所述至少一个发送器接收信号并发出第一和第二输出信号的接收器，本发明还采用一接收仪器从所述至少两个接收器接收第一和第二输出信号，从而利用此两信号的差值或比值来测定浓度。

Description

本发明涉及用以测定在油连续相和水连续相内含水碳氢化合物混合物的含量和速度的装置。

在市场上存在着多种利用介电常数的变化来测定油中含水量的装置。这些装置只是在油连续相中才能有效使用，换句话说，只是在混合物成为电介质时才能有效使用。只要混合物变成水连续性的，此混合物就不再成为绝缘体（电介质），测量仪器所指示的就是100%的水。

利用光学原理的测量技术在油连续相的情况下其灵敏度较差，而且很难防止形成厚油层的现象，必须经常加以清除。水内含盐量的变化也往往会影响对投射率、导电率、介电常数等参数的绝对测量。核吸收对二元混合物虽很有效，但会被硫、钒等对金属严重污染的物质所掩敝。在水连续相内的微粒尺寸也具有重要作用而严重影响读数。

通过以下结合附图所作详细说明可对本发明及其优点取得更为充分和全面的了解。

图1所示为本发明的管道和测量装置。

图2A所示为本发明采用“转插”式天线的另一实施例。

图2B为图2A的端视图。

图2C所示为与图2B相似的方案，只是采用了长方形的截面。

图3所示为本发明的另一实施例。

图4所示为本发明采用插入式测头的另一实施 例。

图1示出了用以测定碳氢化合物与水的比值和液体速度的装置。

图1还示出了用以通过流体的管道（1），管道（1）可采用圆形或长方形的截面，发送器（2）通过同轴电缆（3）或波导管将高频信号传送到天线（4），天线（4）可采用“漏斗”形、“转插”式、“单极”式或“偶极”式等任何一种已知天线，并通过绝缘体（5）使其与流体绝缘。接收器（7）和（9）与类似的天线（6）和（8）连接，天线（6）和（8）与发送天线（4）的距离分别为d₁和d₂，d₂一般为d₁的两倍。分配器（10）分配接收器（7）和（9）的输出信号并输出线性化的信号比P₁/P₂，其中，P₁为接收器（7）的接收信号值，P₂为接收器（9）的接收信号值。因此，两个接收信号之间的矢量比、矢量差或相位差都可用以测定两种物质的浓度。这一线性化电路可采用4，774，680号美国专利所公开的曲线选择器的线性化电路。

作用在天线（4）上的流体的“电负何”或阻抗流体的电气特性而异（在4，503，383号美国专利中利用了这一现象），因此，传送的能量受到液体性质的影响。对于利用这种测量技术的装置来说存在的问题是：流体和绝缘体（5）表面决定着测量的效果，在流体由两种互不溶混的流体构成时，例如在流体为含有若干油滴的水时，尤其是这样，如果这种混合物不很均匀，或液滴大小和覆层厚度发生变化，负载就会受到很大影响。美国07/311610号专利申请就试图解决这一难题，这须通过很多试验取一些必要的参数，以便尽量预计到这种影响。但这也仅在有限的产品、温度和速度范围内才能取得正确的结果。因此，如果能测得这种流体的整体性质，问题也就得到了解决。

本发明是通过测量接收器（7）和（9）接收的功率比和（或）相位差解决这一问题的。由于油所吸收的能量与水相比为量极少，因此，由天线所接收的功率也就是水内成分和接收天线与发送天线之间的距离的函数。在测取这些信号的比值和（或）相位差时，由于此两天线（6）和（8）在此同一流体内完全处于相同的条件下，输出信号（12）就不再受表面覆层等因素的影响，在将此两天线沿流动流体轴向设置，并使一个接收天线顺着流动方向接收其信号，而使另一接收天线逆着流动方向接收其信号时，此两接收信号之间的相位差就直接与流速成正比。

在传送信号的频率使两个信号之间由于水的介电常数而得出的相位差E＝E′-jE″达最大值（约2.45GHz）时，含盐量的影响就大为缩小。此外，在利用两个或两个以上不同的频率，例如2.45GHz和15GHz，就能取得更多有关流体成分的内部信息。此外，还可采用较高的频率，如红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。当然，这时“天线”应与各种波长相适应。

图2A示出了本发明的另一实施例，在此实施例中用两个“转插”式（或类似的）天线代替“单极”式接收天线。

所有其它的特点如图1中的发送器（2）和相位探测器（10）也适用于图2A。在图2A中，所示天线位于两个彼此垂直的平面内，这表明两对天线可以在任意平面内使用，不必如图1所示彼此完全对置。必须说明的是：为了简化起见，在图2A中仅示出了一对天线，省略了另一对天线。此外，图中仅示出了“转插”式天线。当然，也可采用其他类型的已知天线，如“漏斗”形，单极式、偶极式等天线。

图2B示出了图2A的端视图，图中一个单极式发送天线（4）位于中心，并示出了两个接收天线（13）和（14）。图2B示出了截面为圆形的波导管而图2C示出了具有截面为长方形的波导管的类似方案，此外，在此方案中也可采用其他类型的普通天线，例如采用两对单极式、“漏斗”形一类天线。发送天线可以是共用的，也可以分设两个单独的天线。采用独立的两对天线，其优点在于消除了两个接收天线之间的交叉耦合。在主传感器周围的外部设备与图1所示相同。

图3示出了另一取得相同结果的方法，这里采用了一个偶极式发送天线和两个偶极式接收天线。此图示出了采用圆形波导管的方案。当然，也可采用更为通用的长方形波导管。图3表明了如何在一具体的方式下得出所需不同的距离d₁和₂。各天线可以位于同一平面内，也可轴向分开设置。将各天线轴向分开设置可减少彼此间的交叉耦合，从而改善测量信号的线性度。此外，采用独立的两对天线代替一个共用发送天线可以进一步减少交叉耦合。外部设备则与图1所示相同。

图4示出了插入较大管道（17）的插入式测头（16）。此外，还可采用偶极式和其他类型的天线代替图示单极式天线。所示测头（16）是焊在管道（17）上的。但也可采用其他的连接方式，例如可采用4，503，383号美国专利所述的密封套。可以采用与图1相同的外部电子设备以转换信号。

Claims (15)

1、一种用以发送电磁波使其通过两种物质的混合物以测定所述两种物质的浓度的装置，特征在于该装置具有：

一发送器，用以发送一在一预定频带内的信号使其通过所述两种物质的所述混合物；

第一和第二接收器，用以接收由所述发送器发送的通过所述两种物质的混合物的信号并给出相应的第一和第二输出信号，所述第一和第二接收器设置在与所述发送器相隔不同距离的两个位置上；

处理第一和第二输出信号的装置，用以在发送和接收信号通过所述两种物质的所述混合物时仅将由此取得的第一和第二输出信号用作变量来测定此两物质的浓度。

2、按权利要求1所述的装置，特征在于所述处理装置具有：

用以测定所接收的第一和第二输出信号的功率比值的装置;

用以测定所接收的第一和第二输出信号的相位差的装置;

用以根据测定的比值和测定的相位差测定所述两种物质的相对浓度的线性化装置。

3、按权利要求1所述装置，特征在于，所述发送器发送一S波段频率的信号使其通过所述两种物质的混合物。

4、按权利要求3所述装置，特征在于，所述S波段频率信号的频率为2.45GHz。

5、按权利要求2所述装置，特征在于，所述发送器发送一S波段频率的信号使其通过所述两种物质的混合物。

6、按权利要求5所述的装置，特征在于，所述S波段频率信号的频率为2.45GHz。

7、按权利要求1所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

8、按权利要求2所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

9、按权利要求3所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

10、按权利要求4所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

11、按权利要求5所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

12、按权利要求6所述装置，特征在于，所述第一接收器与所述发送器相隔的距离为所述第二接收器的两倍。

13、按权利要求2所述装置，特征在于，所述线性化装置具有一检查图表。

14、按权利要求5所述装置，特征在于，所述线性化装置具有一检查图表。

15、按权利要求8所述装置，特征在于，所述线性化装置具有一检查图表。

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