CN103196479B - 光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及实流标定方法，循环配比箱装有油水混合流体，变频泵通过该循环管汇连接于该循环配比箱的出口处，以实现该油水混合流体在该循环管汇中的循环，光纤含水率传感器为需要标定的含水率仪器，水分测定仪位于该循环配比箱内，以测试该油水混合流体的含水比率，流量计连接于该循环管汇，并位于该变频泵的下游，为标定流量时的参照对比仪器，光纤流量传感器位于该循环管汇上，为需要标定的流量仪器。该实流标定装置及实流标定方法解决了现有技术中测量范围有限，易受干扰，测量精度差等问题，具有耐高温高压，抗电磁干扰，电气绝缘性好，便于远距离实时测量和控制，数据传输量大的优点。

Description

光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及油、水两相流动过程中的实流标定，特别是涉及到一种光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及实流标定方法。

背景技术

检测流体流量和含水率的测试仪器种类繁多，目前，测量流量的主要仪器有：电磁流量计、涡街流量计、涡轮流量计、超声波流量计等，就其标定方法而言，主要有实际过流标定方法和理论模拟标定方法，实际过流标定方法即产生一个实际流动的流体通过测试仪器，用标准容器计量过流流体的流量数值来对测试仪器进行标定，这种方法的缺点是不能实时在线标定，标定速度慢，而且有的流量计本身需要介入被测流体，标定数值容易受到流体流态、粘度及操作误差的影响；理论模拟标定方法主要针对大型电磁流量计，即根据对测量管口径和内部磁场分布的测量值，用理论计算的方法来标定，由于测量管内非均匀磁场和实际水力学口径都难以精确测量，所以误差较大。测量含水率的方法主要有：电容法、振动密度法、微波法、射线法等，其标定方法有取样电脱、蒸馏化验等，这些标定方法的主要缺点是不能实时在线标定，标定周期长。光纤非介入式流量、含水率传感器是一种利用光纤测试原理研制的可以同时在线检测流体流量和含水率的新型传感器，目前尚无其标定装置，为此我们发明了一种光纤流量、含水率传感器的实流在线标定装置及标定方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温高压，抗电磁干扰，电气绝缘性好，便于远距离实时测量和控制，数据传输量大的实流标定装置及实流标定方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：光纤流量、含水率传感器的实流标定装置，该实流标定装置包括循环配比箱、变频泵、光纤含水率传感器、水分测定仪、流量计、光纤流量传感器和循环管汇，该循环配比箱连接于该循环管汇，并装有油水混合流体，该变频泵通过该循环管汇连接于该循环配比箱的出口处，以实现该油水混合流体在该循环管汇中的循环，该光纤含水率传感器位于该循环管汇上，为需要标定的含水率仪器，该水分测定仪位于该循环配比箱内，以测试该油水混合流体的含水比率，该流量计连接于该循环管汇，并位于该变频泵的下游，为标定流量时的参照对比仪器，该光纤流量传感器位于该循环管汇上，为需要标定的流量仪器。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该实流标定装置还包括循环水箱、第一液位压差传感器、循环油箱和第二液位压差传感器，该循环水箱连接于该循环管汇，为配比该油水混合流体时的盛水容器，该第一液位压差传感器连接于该循环水箱下端，以控制加水比例，该循环油箱连接于该循环管汇，为配比该油水混合流体时的盛油容器，该第二液位压差传感器连接于该循环油箱下端，以控制加油比例。

该实流标定装置还包括油水分离器，该油水分离器连接于该循环管汇，并将该油水混合流体进行油水分离。

该实流标定装置还包括第一管道泵和第二管道泵，该第一管道泵通过该循环管汇连接于该循环水箱下方，并将分离后的水举升至该循环水箱，该第二管道泵通过该循环管汇连接于该循环油箱下方，并将分离后的油举升至该循环油箱。

该实流标定装置还包括中控机和多个控制阀，该多个控制阀位于该循环管汇上，以控制该循环管汇中液体的流向，该中控机通过数据线连接于该流量计、该水分测定仪和该多个控制阀，为自动控制标定流程的操作平台。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：该光纤流量、含水率传感器的实流标定方法包括：

步骤1：使用变频泵，使循环配比箱中的油水混合流体通过循环管汇上的光纤含水率传感器；

步骤2：读取该循环配比箱中的水分测定仪的读数，并与该光纤含水率传感器的读数进行对比，得到光纤含水率传感器系数数值；

步骤3：使用变频泵，使该油水混合流体通过该循环管汇上的光纤流量传感器；以及

步骤4：读取流量计的读数，并与该光纤流量传感器的读数进行对比，得到光纤流量传感器系数值。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该实流标定方法还包括，在步骤1之前，将循环水箱和循环油箱中分别加入水和油，观察连接于该循环水箱下端的第一液位压差传感器和连接于该循环油箱下端的第二液位压差传感器的读数，以在该循环配比箱中配比该油水混合流体。

该实流标定方法还包括在步骤4之后，使用油水分离器将该油水混合流体进行油水分离，并使用第一管道泵将分离后的水举升至该循环水箱，使用第二管道泵将分离后的油举升至该循环油箱。

多次重复步骤1和步骤2，以得到多组光纤含水率传感器系数数值，将该多组光纤含水率传感器系数数值平均，以得到最终光纤含水率传感器系数数值。

多次重复步骤3和步骤4，以得到多组光纤流量传感器系数值，将该多组光纤流量传感器系数值平均，以得到最终光纤流量传感器系数值。

本发明中的光纤流量、含水率传感器采用互相关原理制作，不与流体直接接触，不干扰流体流动，可对光纤互相关流量、含水率传感器同时检测的标定流程，该流程由变频泵，控制阀，循环配比箱，油水分离器，液位压差传感器，水分测定仪，循环管路等构成。本发明中的光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及实流标定方法采用搭建混合流体实流流程标定光纤流量、含水率传感器，整个流程全部采用中控方法，自动控制各阀门及变频泵的开关，可以实现0-100%油水比情况下，光纤流量、含水率传感器的在线标定，调节精度高，速度快，避免了大量的人工操作；通过软件实时显示流程中实测流量、含水率与待标定传感器相关数据的对比，操作方便，显示直观、精确。本发明亦可在手动模式下进行，以满足实际情况或循环演示的需要。本发明中的光纤流量、含水率传感器的实流标定装置及实流标定方法首次采用实流循环回路的方式同时标定流动过程中流量和含水率两个物理量，可实现0-100%油水比情况下的流动，克服了现有标定方法的不足，降低了能源消耗，减少了能量损失，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的光纤流量、含水率传感器的实流标定装置的结构图；

图2为本发明的光纤流量、含水率传感器的实流标定方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的光纤流量、含水率传感器的实流标定装置的结构图。该光纤流量、含水率传感器的实流标定装置由循环水箱1、第一液位压差传感器2、第一控制阀3、第一管道泵4、第二控制阀5、第三控制阀6、循环配比箱7、第四控制阀8、循环油箱9、第二液位压差传感器10、中控机11、流量计12、变频泵13、光纤流量传感器14、第五控制阀15、光纤含水率传感器16、第六控制阀17、第七控制阀18、第八控制阀19、第九控制阀20、第二管道泵21、第十控制阀22、第十一控制阀23、油水分离器24、循环管汇25、第三液位压差传感器26、水分测定仪27组成。循环水箱1通过法兰连接于循环管汇25中，为油水混合流体配比时的盛水容器，第一液位压差传感器2通过法兰连接于循环水箱1下端，为控制水比例仪器，油水混合流体配比时，通过水箱液位控制加水比例，精确度可达0.1%，第一控制阀3通过法兰连接于循环水箱1下方，在第一管道泵4与油水分离器24之间，为将分离后的水举升至循环水箱1的控制开关，第一管道泵4通过法兰连接于循环水箱1下方，位于循环水箱与第一控制阀3之间，为分离后的水举升至循环水箱1的仪器，第二控制阀5通过法兰连接于循环水箱出口处，为通过循环水箱1直接进行纯水循环的主要控制开关，第三控制阀6通过法兰连接于循环水箱1与循环配比箱7之间，为油水混合配比时水流量的控制开关，循环配比箱7通过法兰连接于循环管汇25中，为油水比例混合的容器，第四控制阀8连接于循环配比箱7与循环油箱9之间，为油水混合配比时油流量的控制开关，循环油箱9通过法兰连接于循环管汇25中，为油水混合流体配比时的盛油容器，第二液位压差传感器10通过法兰连接于循环油箱9下端，为油水混合流体配比时，通过油箱液位控制加油比例，精确度可达0.1%，中控机11通过数据线连接于流量计12、水分测定仪27和各控制阀，为自动控制标定流程的主要操作平台，流量计12通过法兰连接于变频泵13下游，为标定流量时的参照对比仪器，变频泵13通过法兰连接于循环配比箱7出口处，为混合流体循环的主要仪器，光纤流量传感器14通过法兰连接于循环管汇25下端，为需要标定的流量仪器，第五控制阀15通过法兰连接于光纤流量传感器14上游，为控制混合流体通过光纤流量传感器14的通路开关，光纤含水率传感器16通过法兰连接于循环管汇25下端，为需要标定的含水率仪器，第六控制阀17通过法兰连接于光纤含水率传感器16的上游，为控制混合流体通过光纤含水率传感器16的通路开关，第七控制阀18通过法兰连接于循环油箱出口处，为通过循环油箱9直接进行纯油循环的主要控制开关，第八控制阀19通过法兰连接于循环配比箱7出口处，为控制混合流体循环的主要开关，第九控制阀20通过法兰连接于混合油箱9下方，为将分离后的油举升至循环油箱9的控制开关，第二管道泵21通过法兰连接于混合油箱9下方，为分离后的油举升至循环油箱9的仪器，第十控制阀22通过法兰连接于循环配比箱7的下方，为控制油水混合流体循环的开关，第十一控制阀23通过法兰连接于油水分离器24的入口处，为控制混合流体进入油水分离器24的开关，油水分离器24通过法兰连接于循环管汇25，为油水混合流体进行油水分离的主要仪器，循环管汇25通过法兰连接所有仪器，为流体循环通路，第三液位压差传感器26通过法兰连接于循环配比箱7下端，为测试油水混合流体液位的主要仪器，水分测定仪27焊接于循环配比箱7内，为测试油水混合流体的含水比率。

图2为本发明的光纤流量、含水率传感器的实流标定方法的流程图。

在步骤201，配比混合流体。即将循环水箱1和循环油箱9中分别加入水和白油，启动中控机11，观察第一液位压差传感器2和第二液位压差传感器10读数，控制第三电动阀6和第四控制阀8开启时间，实现在循环配比箱7中按要求自动配比混合流体。

在步骤202，进行含水率循环标定。在进行含水率循环标定流程的启动时，通过中控机11开启电动阀第六控制阀17、第八控制阀19和第十控制阀22，开启变频泵13，保持其他电动阀、泵关闭，通过管汇中两相循环流动实现油水均匀混合。

在步骤203，读取光纤含水率传感器系数数值。也就是说，待循环流动稳定后，观察中控机11中显示的循环配比箱7中水分测定仪27的读数，与光纤含水率传感器16的读数进行对比，得到一组光纤含水率传感器系数数值。在一实施例中，重复此步骤10次，记录每次含水率数值，记录间隔为15秒钟，然后将10次记录结果平均，得到最终该光纤含水率传感器系数。

在步骤204，进行流量循环标定，通过中控机11开启第五控制阀15、第八控制阀19和第十控制阀22，开启变频泵13，保持其他电动阀、泵关闭。

在步骤205，读取光纤流量传感器系数值。也就是说，待循环流动稳定后，观察中控机11中显示的流量计12的读数，与光纤流量传感器14的读数进行对比，得到一组光纤流量传感器系数值。在一实施例中，重复此步骤10次，记录每次流量数值，记录间隔为15秒钟，然后将10次记录结果平均，得到最终该光纤流量传感器系数。

在步骤206，进行油水分离。本循环流程带有油水自动分离系统，通过中控机11开启第九控制阀20、第十控制阀22和第十一控制阀23，将循环配比箱7中的混合流体流入油水分离器24，待充分分离后，关闭第二控制阀5、第三控制阀6、第四控制阀8、第五控制阀15、第六控制阀17、第七控制阀18、第八控制阀19、第十控制阀22和第十一控制阀23，打开第一电动阀3和第九控制阀20，打开第一管道泵4和第二管道泵21，将分离成功的油、水分别举升至循环水箱1和循环油箱9。

在本发明的光纤流量、含水率传感器标定及油水分离的一具体实施例中，主要包括了以下几个步骤。

1、首先将循环水箱1和循环油箱9中分别加入水和白油，将光纤流量传感器和含水率传感器接入流程；

2、启动中控机11，当第一液位压差传感器2下降300mm时关闭第三电动阀6，当第二液位压差传感器10下降200mm时关闭第四控制阀8开启时间，实现按6:4比例配比油水混合流体；

3、含水率标定：通过中控机11开启电动阀第六控制阀17、第八控制阀19和第十控制阀22，开启变频泵13，控制流量在5.5m3/h左右，保持其他电动阀、泵关闭，通过管汇中两相循环流动实现油水均匀混合；

4、稳定流动1分钟后，记录中控机11中显示的水分测定仪27和光纤含水率传感器16的读数，重复此步骤10次，记录每次含水率数值，记录间隔为15秒钟，数据如表1所示，通过计算，光纤含水率传感器标定系数为1.05；

表1光纤含水率传感器系数计算表

5、流量标定：通过中控机11开启第五控制阀15、第八控制阀19和第十控制阀22，开启变频泵13，保持其他电动阀、泵关闭，通过管汇中两相循环流动实现油水均匀混合；

6、稳定流动1分钟后，记录中控机11中显示的流量计12和光纤流量传感器14的读数，重复此步骤10次，记录每次流量数值，记录间隔为15秒钟，数据如表2所示，通过计算，光纤流量传感器的标定系数为0.983；

表2光纤流量传感器系数计算表

7、油水分离：关闭所有阀门和泵，开启第十控制阀22和第十一控制阀23，将油水混合流体全部导入油水分离器24进行油水分离，待油水完全分离后，关闭第十控制阀22和第十一控制阀23，开启第一控制阀3和第九控制阀20，开启泵4和泵21，分别将分离后的油和水导入循环油箱9和循环水箱1。

Claims (8)

1.光纤流量、含水率传感器的实流标定装置，其特征在于，该实流标定装置包括循环配比箱、变频泵、光纤含水率传感器、水分测定仪、流量计、光纤流量传感器和循环管汇，该循环配比箱连接于该循环管汇，并装有油水混合流体，该变频泵通过该循环管汇连接于该循环配比箱的出口处，以实现该油水混合流体在该循环管汇中的循环，该光纤含水率传感器位于该循环管汇上，为需要标定的含水率仪器，该水分测定仪位于该循环配比箱内，以测试该油水混合流体的含水比率，该流量计连接于该循环管汇，并位于该变频泵的下游，为标定流量时的参照对比仪器，该光纤流量传感器位于该循环管汇上，为需要标定的流量仪器；该实流标定装置还包括循环水箱、第一液位压差传感器、循环油箱和第二液位压差传感器，该循环水箱连接于该循环管汇，为配比该油水混合流体时的盛水容器，该第一液位压差传感器连接于该循环水箱下端，以控制加水比例，该循环油箱连接于该循环管汇，为配比该油水混合流体时的盛油容器，该第二液位压差传感器连接于该循环油箱下端，以控制加油比例。

2.根据权利要求1所述的实流标定装置，其特征在于，该实流标定装置还包括油水分离器，该油水分离器连接于该循环管汇，并将该油水混合流体进行油水分离。

3.根据权利要求2所述的实流标定装置，其特征在于，该实流标定装置还包括第一管道泵和第二管道泵，该第一管道泵通过该循环管汇连接于该循环水箱下方，并将分离后的水举升至该循环水箱，该第二管道泵通过该循环管汇连接于该循环油箱下方，并将分离后的油举升至该循环油箱。

4.根据权利要求1所述的实流标定装置，其特征在于，该实流标定装置还包括中控机和多个控制阀，该多个控制阀位于该循环管汇上，以控制该循环管汇中液体的流向，该中控机通过数据线连接于该流量计、该水分测定仪和该多个控制阀，为自动控制标定流程的操作平台。

5.光纤流量、含水率传感器的实流标定方法，其特征在于，该光纤流量、含水率传感器的实流标定方法包括：

将循环水箱和循环油箱中分别加入水和油，观察连接于该循环水箱下端的第一液位压差传感器和连接于该循环油箱下端的第二液位压差传感器的读数，以在循环配比箱中配比油水混合流体；然后

步骤1：使用变频泵，使循环配比箱中的油水混合流体通过循环管汇上的光纤含水率传感器；

步骤2：读取该循环配比箱中的水分测定仪的读数，并与该光纤含水率传感器的读数进行对比，得到光纤含水率传感器系数数值；

步骤3：使用变频泵，使该油水混合流体通过该循环管汇上的光纤流量传感器；以及

步骤4：读取流量计的读数，并与该光纤流量传感器的读数进行对比，得到光纤流量传感器系数值。

6.根据权利要求5所述的实流标定方法，其特征在于，该实流标定方法还包括在步骤4之后，使用油水分离器将该油水混合流体进行油水分离，并使用第一管道泵将分离后的水举升至该循环水箱，使用第二管道泵将分离后的油举升至该循环油箱。

7.根据权利要求5所述的实流标定方法，其特征在于，多次重复步骤1和步骤2，以得到多组光纤含水率传感器系数数值，将该多组光纤含水率传感器系数数值平均，以得到最终光纤含水率传感器系数数值。

8.根据权利要求5所述的实流标定方法，其特征在于，多次重复步骤3和步骤4，以得到多组光纤流量传感器系数值，将该多组光纤流量传感器系数值平均，以得到最终光纤流量传感器系数值。