CN102426184B - 一种电导率传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电导率传感器，克服现有技术中电导率传感器对低电导率流体的识别与测量能力较差的不足，该传感器包括通过屏蔽电缆连接的电导率测量短节及传感器电子短节，其中：该电导率测量短节，用于根据激励信号在被测流体里建立电场，获得该电场在预定测量展距上的电位差信号；该传感器电子短节，用于产生该激励信号，将该激励信号施加到该电导率测量短节上，并根据该电位差信号获得该被测流体的电导率。本发明的实施例采用接触式电极阵列，形成精确度较高的电化学测量系统，能够克服井下高温高压恶劣环境，测量不受外界磁场的影响。

Description

一种电导率传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种电导率传感器。

背景技术

在电缆地层测试作业中，需要利用井下流体电导率传感器来实时测量所抽吸的地层流体的电导率值，进而判断流体性质，为仪器进一步抽排或取样提供判断依据。

现有的电导率传感器由于测量原理与结构限制，只适用于测量具有高电导率的地层流体。对于油气等低电导率流体的识别与测量能力较差，且灵敏度和测量分辨率也较低。

测量过程中由于被测流体的复杂性，不可避免地在测量管壁上产生附着与沉积。现有电导率传感器采用的结构很难进行清洗除垢，长期使用将引入测量污染，缩短了传感器的使用寿命。

在井下环境中测量复杂混合流体时，如果测量地层具有高磁性或被测流体含有磁性微粒，互感线圈受外界磁场作用，测量结果也将产生不可修正的误差，直接带来流体性质判断失误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中电导率传感器对低电导率流体的识别与测量能力较差的不足。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电导率传感器，包括通过屏蔽电缆连接的电导率测量短节及传感器电子短节，其中：

该电导率测量短节，用于根据激励信号在被测流体里建立电场，获得该电场在预定测量展距上的电位差信号；

该传感器电子短节，用于产生该激励信号，将该激励信号施加到该电导率测量短节上，并根据该电位差信号获得该被测流体的电导率。

优选地，该电导率测量短节包括电导率测量探头，以及容纳该电导率测量探头的密闭腔体，其中该密闭腔体耐高压且内壁上涂布绝缘层，该电导率测量探头的引线通过水密头引出。

优选地，露在该密闭腔体外部的外漏接线柱通过耐高温导热硅脂密封。

优选地，该电导率测量探头包括一个发射电极、两对测量电极以及一对回馈电极；第一对测量电极中的两个电极以及第二对测量电极中的两个电极，按照该预定测量展距对称分布在该发射电极的两侧，该对回馈电极对称分布在该发射电极的最外侧；根据该两对测量电极获得该电位差信号。

优选地，该发射电极、两对测量电极以及该对回馈电极，围绕圆柱基座缠绕而成。

优选地，该发射电极、两对测量电极以及该对回馈电极，采用高温耐腐司太立合金制成。

优选地，该传感器电子短节包括：

信号源；

驱动器，用于将该激励信号施加到该电导率测量短节上；

模式控制器，用于对该电位差信号进行模式控制；

放大器，用于对进行该模式控制之后的电位差信号进行放大；

滤波器，与该放大器相连，用于对进行该放大后的电位差信号进行整形滤波；

微控制器，用于控制该信号源产生该激励信号，并对进行该整形滤波的电位差信号进行处理，获得该被测流体的电导率。

优选地，该信号源包括低频低摆幅交流激励源。

与现有技术相比，本发明的实施例主要根据电解导电原理，采用电阻测量法对电导率实现电导率测量。本发明的实施例采用接触式电极阵列，形成精确度较高的电化学测量系统。本发明实施例能够克服井下高温高压恶劣环境，测量不受外界磁场的影响，微型阵列电极可以很好地测量油气等低电导率流体，且测量分辨率和灵敏度更高，能快速准确地测量底层流体的电导率。本发明实施例中的耐高压内涂绝缘层密闭腔体和耐腐蚀合金电极，有效保障了测量的精准性与可靠性。本发明实施例采用易拆装的整体结构，使得传感器维护保养更加快捷方便，使用寿命进一步延长。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内。

图1为本发明实施例的结构示意图。如图1，本发明实施例的电导率传感器主要包括通过屏蔽电缆连接的电导率测量短节10及传感器电子短节20，其中电导率测量短节10用于根据激励信号在被测流体里建立电场，获得该电场在预定测量展距上的电位差信号；传感器电子短节20用于产生该激励信号，将该激励信号施加到该电导率测量短节10上，并根据该电位差信号获得该被测流体的电导率电导率。

本实施例中的该电导率测量短节10，包括电导率测量探头，以及容纳该电导率测量探头的密闭腔体，其中该密闭腔体耐高压且内壁上涂布绝缘层，该电导率测量探头的引线通过水密头引出。

本实施例中，该电导率测量探头排布成如图1所示的微型电极阵列形状，主要包括一个圆柱状的发射电极11，两对圆柱状的测量电极（分别是第一对测量电极12和第二对测量电极13）以及一对圆柱状的回馈电极14。第一对测量电极12中的两个电极，以及第二对测量电极13中的两个电极，均按照预定测量展距对称分布在发射电极11的两侧，其中第一对测量电极12距离发射电极11较近，第二对测量电极13距离发射电极11较远。一对回馈电极14也按照预定距离对称分布在发射电极11的两侧，且位于微电极阵列的两端（也即对称分布在该发射电极的最外侧）。

传感器电子短节20的电子舱内包含有信号源21、驱动器22、模式控制器23、放大器24、滤波器25以及微控制器26。电导率测量短节10中的微型电极阵列，其发射电极11经驱动器22连接信号源21，两对测量电极均连接模式控制器23，放大器24一端连接该模式控制器23，另一端连接滤波器25，该滤波器25还与微控制器26连接，信号源21也与该微控制器26相连。微型电极阵列中的回馈电极14还接地（GND）。

微控制器26控制信号源21产生低频低摆幅交流信号作为激励信号，施加到电导率测量短节10的发射电极上，被测液体流经发射电极，电流在被测液体里建立起电场，多个测量电极组同步感应预定测量展距上的电位差。通过测量电极组间的电位差，与液体电导率值建立对应关系。

第一对测量电极12和第二对测量电极13同步采集被测流体中传导的电压信号，获得预定测量展距上的电位差信号，其余电信号通过回馈电极14回流形成闭环。比如，第一对测量电极12测量到的电压信号为V2，第二对测量电极13测量到的电压信号为V3，则前述的电位差信号V即等于V2-V3。其中，该预定展距包括第一对测量电极12与发射电极11之间的距离，以及第二对测量电极13与发射电极11之间的距离。该电位差信号经过模式控制器23的模式控制、放大器24的信号放大以及滤波器25的整形滤波后，送入微控制器26进行分析与处理，完成地层流体电导率测量过程，获得该被测流体的电导率。

本发明实施例中的微型电极阵列中，所有电极围绕圆柱基座缠绕，发射电极11居中，两对测量电极（第一对测量电极12和第二对测量电极13）以及一对回馈电极14对称分布于发射电极11的两侧。圆柱状电极成型体积小，极板接触面积大，保障了传感器的微小化封装。阵列化电极分布优化了测量电流在被测流体中的分布，测量结果分辨率与快速性充分体现。精确的电极展距确保合适的探测深度，测量电流充分流经被测流体。

本发明实施例的电导率传感器，其中的电导率测量探头整体安置于耐高压且内涂绝缘层的密闭腔体的轴心，并且整体密闭。电导率测量探头的引线通过高温高压水密头引出，露在外部的外漏接线柱通过耐高温导热硅脂密封，保证电气连接的可靠性。

由于电导率测量短节是密闭的腔体，发射电极与接收电极的电信号需要引入引出，所以使用水密头完成腔体内外的电气连接，即保证了腔体的耐高压密闭性又保证了电导率测量探头上的电信号出入腔体。

本实施例在测量时，待测的地层高温高压流体通过密闭腔体底部入口进入，流经电导率测量探头与密闭腔体内部的环柱间隙，通过腔体顶部出口流出。整个测量探头为被测流体环绕，电极与被测液体充分接触。密闭腔体内壁镀有高温绝缘陶瓷涂层这一电气绝缘材料，发射电流不会直接经腔体壁回流，保证了测量电流按预定模型分布和传导。

地层流体成分复杂，且深地层环境高温高压，本发明实施例中的电极均采用高温耐腐司太立合金制成，可以有效防止电极发生腐蚀和钝化，能够很好抵抗环境的影响，保持良好的测量稳定性。

由于接触式电导率测量原理，发射电极需发射电压与电流，被测流体中的带电粒子会在电场的作用下定向漂移，长时间会产生电极极化现象，测量结果将出现巨大偏差。本发明实施例的电导率传感器，其电极驱动方式采用的信号源为低频低摆幅交流激励源，以消除电极的极化现象。在低频低摆幅交流激励源的作用下，被测流体中的带电粒子不易在低交变电场的环境下产生极化作用，同时信号噪声较小，为后期测量信号精确提取提供了可靠基础。

本发明实施例的电导率传感器采用了方便拆装的结构，附着与沉积在测量电极阵列的物质能够很方便清洗，提高了使用寿命与可靠性。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种用于井下油气测量的电导率传感器，包括通过屏蔽电缆连接的电导率测量短节及传感器电子短节，其中：

该电导率测量短节，用于根据激励信号在被测流体里建立电场，获得该电场在预定测量展距上的电位差信号；该电导率测量短节包括电导率测量探头，以及容纳该电导率测量探头的密闭腔体，其中该密闭腔体耐高压且内壁上涂布绝缘层，该电导率测量探头的引线通过水密头引出；该电导率测量探头包括一个发射电极、两对测量电极以及一对回馈电极；第一对测量电极中的两个电极以及第二对测量电极中的两个电极，按照该预定测量展距对称分布在该发射电极的两侧，该对回馈电极对称分布在该发射电极的最外侧；根据该两对测量电极获得该电位差信号；该发射电极、两对测量电极以及该对回馈电极，围绕圆柱基座缠绕而成；

该传感器电子短节，用于产生该激励信号，将该激励信号施加到该电导率测量短节上，并根据该电位差信号获得该被测流体的电导率，所述激励信号是信号源产生的低频低摆幅交流信号。

2.根据权利要求1所述的电导率传感器，其中：

露在该密闭腔体外部的外漏接线柱通过耐高温导热硅脂密封。

3.根据权利要求1所述的电导率传感器，其中：

该发射电极、两对测量电极以及该对回馈电极，采用高温耐腐司太立合金制成。

4.根据权利要求1所述的电导率传感器，该传感器电子短节包括：

信号源；

驱动器，用于将该激励信号施加到该电导率测量短节上；

模式控制器，用于对该电位差信号进行模式控制；

放大器，用于对进行该模式控制之后的电位差信号进行放大；

滤波器，用于对进行该放大后的电位差信号进行整形滤波；

微控制器，用于控制该信号源产生该激励信号，并对进行该整形滤波的电位差信号进行处理，获得该被测流体的电导率。

5.根据权利要求4所述的电导率传感器，其中：

该信号源包括低频低摆幅交流激励源。

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