CN1375435A - 多相料位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多相料位传感器,属于检测装置领域,其目的就在于提供一种传感器,该传感器不仅能测出贮油罐中油水界面位置,而且能对原油、污水、泥沙的物位进行全范围、高精度地测量。设有电容变送器、连接体,其技术特点是连接体外侧设有内绝缘套,内绝缘套外侧设有多节管状金属分极,相邻的两个分极之间设有绝缘层,分极外侧裹有外绝缘套,连接体内腔设有电缆线,分极经电缆线与电容变送器电连接。

Description

多相料位传感器

所属技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是能对贮油罐内的原油、污水、泥沙进行全范围测量的多相料位传感器。

背景技术

目前，油田从油井采得的原油经过去杂质、脱水工艺后，成为合格的商品原油，被注入各个贮油罐中，以待外输或调运。由于去杂、脱水不彻底，随着时间推移，会在贮油罐底部沉积一层较厚的污泥，上面还有一段污水，在污水上面才是原油。由于油田要随时了解采油厂的产量，因此需要经常性地对贮油量进行测量。而目前的测量方法是由人工爬上油罐，从人工口用绳子或卷尺吊个重物对油量进行测量，费力且不准确。近几年有人利用超声波测距法代替人工测量，也有将静压式压力传感器沉到罐底附近，直接测量油位的高度。这种方法测试精度虽然较高，但测得的数据是探头以上直至油面的高度，原油、污水、污泥各占多少则不得而知，如果要得到原油的确切数量不但必须知道油面的高度，还须了解油水界面的位置。目前在油田中应用的界面仪有多种，从原理上分主要有浮子式、差压式、电容式、核子式等。实际应用中由于油水密度的不同及受电场、温度、压力等因素的影响，导致油水界面十分复杂，各种界面仪都有其局限性，无法对油水界面及各相物位进行有效的实时、准确测量。US005103368A公开了一种料位传感器，其只能对流动性好的单相成品油进行测量，在对多相物料测量时，电极之间易短接，而无法对含水、污泥的多相混合原油进行界面及物位的测量，并且量程小。CN2341131Y公开了一种原油罐的检测装置，其仅能对油水界面测量，不能连续测量，并且操作烦琐、实用性差。以上两种装置用于电容传感器的两极均由装置自身提供，距离很近，易受挂料的影响。

发明内容

为了克服现有的料位传感器不能对多相物位进行测量的技术不足，本发明提供一种多相料位传感器，该传感器不仅能测出贮油罐中油水界面位置，而且能对原油、污水、泥沙的物位进行全范围、高精度地测量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设有电容变送器、连接体，其技术特点是连接体外侧设有内绝缘套，内绝缘套外侧设有多节管状金属分极，相邻的两个分极之间设有绝缘层，所有的分极外侧裹有外绝缘套，内绝缘套内腔设有电缆线，分极经电缆线与电容变送器电连接。内绝缘套的内腔设有模块。模块的作用是通过模块和有限的几根导线将所有金属分极与电容变送器相联接，并且在电容变送器的控制下实现对每节金属分极的分时测量。模块由多路模拟开关及移位寄存器组成，移位寄存器的数据输出端与多路模拟开关的选通端电连接，多路模拟开关的输出端分别与彼此相邻的多个分极电连接，移位寄存器的控制端经电线与电缆线电连接。模块还可由多路模拟开关及解码器组成，多路模拟开关及解码器相互电连接，解码器的数据输出端电连接到多路模拟开关的选通控制端，通过联接必要的扩展芯片，解码器可以与多个模拟开关相联，多路模拟开关的输出端分别接相邻的多个分极，解码器的控制端经电线与电缆线电连接。分极经电线与电缆线电连接。连接体为钢性管。连接体还可为钢索，内绝缘套由多节相串连的内绝缘管组成，内绝缘管的两头设有臼头及臼碗，相邻的两节内绝缘管端部之间采用臼头、臼碗式结构配合，臼头及臼碗上分别加工有电缆孔和钢索孔，若干根钢索在内绝缘管内腔穿过钢索孔将各节内绝缘管串联在一起。每个分极可以经电线直接与电缆线电连接。本发明所有金属分极组成主极，贮油罐的罐体为另一极，构成变介质电容，通过测量各分极与罐体之间的电容值，从而可判断出该分极位置处的介质是什么物质，并且可准确地找到油水界面的位置。

本发明的有益效果是，可以准确、实时地测量出油水界面的位置，同时能对多相物质中原油、污水以及泥沙的物位进行全范围测量，结构简单，并且分极之间及主极与罐体之间不会因多相物料而短路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明第一个实施例的主极的局部纵剖面构造图。

图3是本发明第二、第三个实施例的主极的局部纵剖面构造图。

图4是第二个实施例中模块的电路原理图。

图5是第二个实施例中模块与电缆及分极的联接关系示意图。

图6是第三个实施例中模块的电路原理图。

图7是第三个实施例中模块与电缆及分极的联接关系示意图。

图中1.电容变送器，2.法兰盘，3.上绝缘体，4.分极，5.外绝缘套，6.下绝缘体，7.电缆线，8.绝缘层，9.连接体，10.模块，11.电线，12.内绝缘套，13.外绝缘套，14.解码器，15.多路模拟开关，16.电容信号线，17.编码信号线，18.电源线，19.电源地线，20.电容信号线，21.串行数据输入线，22.串行时钟线，23.电源线，24.电源线，25.移位寄存器，26.多路模拟开关，27.串行数据输出线，C001、C002、C003、C011、C012、C013、C021、C022、C023为分极。

具体实施方式

在图1、图2、图3中，本发明金属主极由多节管状金属分极(4)串接在外侧裹有内绝缘套(12)的连接体(9)上，内绝缘套(12)的主要目的是将各分极(4)与连接体(9)及其它导电部件隔离开来，相邻的两个分极(4)之间设有绝缘层(8)，连接体(9)内腔设有电缆线(7)，环绕主极外侧设有外绝缘套(13)，外绝缘套(13)的主要作用是将各分极(4)及整个传感器与被侧的导电介质(如水)隔离开来，金属主极上端及下端部分别设有上绝缘体(3)、下绝缘体(6)，主极上端固定在法兰盘(2)上，法兰盘(2)上经绝缘体(3)固定有电容变送器(1)，法兰盘(2)经绝缘垫与贮油罐绝缘固定，主极与贮油罐的仓壁分别为电容的一极。

在图2所示第一个实施例中，连接体(9)为柔性的钢索，钢索位于内绝缘套(12)内腔中，内绝缘套(12)由多节相串连的内绝缘管组成，内绝缘管的两头设有臼头及臼碗，相邻的两节内绝缘管端部之间采用臼头、臼碗式结构配合，臼头及臼碗上分别加工有电缆孔和钢索孔，若干根钢索在内绝缘管内腔穿过钢索孔将各节内绝缘管串联在一起，在主极两端将钢索拉紧，并固定，从而使各节内绝缘管紧紧地卡连在一起。内绝缘套(12)上套有数量不少于九节的管状金属分极(4)，相邻的两个分极(4)之间设有绝缘层(8)，环绕分极(4)外侧设有外绝缘套(13)，内绝缘套(12)的内腔中设有电缆线(7)，电缆线(7)的上端与电容变送器(1)电连接，电缆线(7)由多根电线组成，每根电线只与一个分极(4)相对应电连接，主极下端的下绝缘体(6)上固定有配重体，使柔性的主极始终处于垂直状态。

其工作原理是，电容变送器(1)在微机的控制下，逐次与主极上的每个分极(4)接通，在接通一个分极(4)(如：C001)的同时，与其它分极(4)(如：C002、C003、C011、C012......C032、C033)保持断开状态，每个分极(4)接通后，由电容变送器(1)中的专用电容测试线路进行电容测量，测得的结果由电容变送器(1)记录在内存中，待所有分极(4)的电容值测出以后，由电容变送器(1)对数据进行集中处理，对于每个分极(4)而言，由于形成电容的两极(分极与仓壁)及其距离均已固定，所以，其测得的电容值仅仅取决于两极之间介质的性质，具体来说，就是其中充填的是什么介质，及介质的介电系数(空气、原油、污泥、水的相对介电系数分别为1.0，3.0-5.0，40-60，80)，同时，由于物料的分布有一定的连续性和相关性，所以，通过用相应的软件对测得的各分极电容进行系统的分析和处理，即可得知物料在大罐中的分布。

在图3、图4、图5所示的第二个实施例中，与第一个实施例相比连接体(9)的内绝缘套(12)内腔设有多个模块(10)，每个模块(10)与其周围的数个分极(4)电连接，所有模块(10)的控制端都依序共同接在电缆线(7)的几根电线上，由于所有的模块(10)都与电缆线(7)内相同的几根电线相连，从而大大地减少了内绝缘套(12)内腔电缆线(7)内电线的根数。其具体的连接关系是每个模块(10)由一个串行的编/解码器(14)(如：V05027等)和若干多路模拟开关(15)(如：CD4066等)及必要的外围辅助元件组成。解码器(14)的数据输出端电连接到多路模拟开关(15)的选通控制端，多路模拟开关(15)的输出端分别接相邻的各段金属分极(4)，第一个多路模拟开关(15)接C001、C002、C003分极，第二个多路模拟开关(15)接C011、C012、C013，第三个多路模拟开关(15)接C021、C022、C023。每个模块(10)另外分别引出四根线，分别与由电容变送器(1)连接过来的电缆线(7)内的四根电线上，它们分别是电容信号线(16)(与模块内所有多路模拟开关的输入端X、Y、Z相连)、编码信号线(17)(与解码器的数据输入端相连)、电源线(18)(与模块内所有集成块的电源脚相连)、电源地线(19)(与模块内所有集成块的电源地脚相连)。

其具体的工作过程是，每个模块(10)的编/解码器(14)都有自己的唯一地址A1-A8，A1-A8可以预先通过接地、电源、悬空进行编码。由电容变送器(1)送来的编码信号包括8位地址和4位数据(以不同的脉冲占空比及组合来表示不同的逻辑状态)，如果通过编码信号线(17)输送的地址与某一模块(10)内编码器的地址相同，则编码信号中的4位数据将锁存到该模块(10)的解码器(14)的数据输出端，进而输出到多路模拟开关集成块(15)的选通控制端，控制与其联接的某一分极(4)(如：C001)与电容信号线(16)实现电联接，而其它分极(C002、C003、C011、C012、C013、C021、C022、C023)与电容信号线(16)仍保持断开状态，这样，不同时段，通过编码信号线(17)输送不同的地址和数据，即可实现对所有分极(4)电容值的分别测量。从而测量出罐体内的油水界面及物位情况。本实施例所有模块(10)的电容信号线(16)、编码信号线(17)、电源线(18)及电源地线(19)都分别与电缆线(7)内的四根电线对应连接。

在图3、图6、图7所示的第三个实施例中，与第二个实施例相比，模块(10)由一个移位寄存器(25)(如：74LS164)及若干个(如：一个)多路模拟开关(26)(如：4066)及必要的外围辅助元件组成，移位寄存器(25)的数据输出端(Q0-Q7)与多路模拟开关(26)的选通控制端(A、B、C)分别相连，三个模块的多路模拟开关(26)的输出端分别接相邻的金属分极C001、C002、C003，C011、C012、C013，C021、C022、C023，每个模块(10)另外引出5根线分别与电容变送器(1)连接过来的电缆线(7)内相应的电线相连接，它们分别是电容信号线(20)(由多路模拟开关集成块的输入端X、Y、Z相连后引出)、串行数据输入线(21)(由移位寄存器的串行数据输入管脚引出)、串行时钟线(22)(由移位寄存器的时钟管脚引出)、电源线(23)(与模块内所有集成块的电源管脚相连)、电源地线(24)(与模块内所有集成块的电源地管脚相连)，另外，还有一条串行数据输出线(27)，由移位寄存器(25)数据输出端的Q2端引出，用于与下一个相邻的模块(10)中的移位寄存器(25)中串行数据输入端的连接。本实施例中电缆线(7)只需包含5根电线(11)即可对所有的分极进行选通控制。

其具体的工作过程是，对于串行的所有模块(10)，时钟输入每一次跳变，其数据输入端的数据将移动到Q0并锁存，同时，Q0的数据移位到Q1并锁存，依次类推。因此，如果该系统一共连接n个分极(C001、C002、C003、C011、C012......、C0n2、C0n3......、Cn03)，在由3n个时钟脉冲形成的循环周期里，只有一位选通数据为“1”，其余分极与电容信号线保持断开状态，这样，通过电容变送器(1)内专用的测试线路，就会依次完成对所有分极(4)电容信号的测量。

本发明连接体(9)还可以为钢性结构，即连接体(9)为一根钢性管，钢性管外侧设有内绝缘套(12)，电缆线(7)位于钢性管的内腔，钢性的主极下端勿需配重体。

Claims (7)

1、一种多相料位传感器，设有电容变送器、连接体，其特征在于连接体外侧设有内绝缘套，内绝缘套外侧设有多节管状金属分极，相邻的两个分极之间设有绝缘层，所有的分极外侧裹有外绝缘套，内绝缘套内腔设有电缆线，分极经电缆线与电容变送器电连接。

2、根据权利要求1所述多相料位传感器，其特征在所说的连接体内腔设有模块。

3、根据权利要求2所述多相料位传感器，其特征在所说的模块由多路模拟开关及移位寄存器组成，移位寄存器的数据输出端与多路模拟开关的选通端电连接，多路模拟开关的输出端分别与彼此相邻的多个分极电连接，移位寄存器的控制端经电线与电缆线电连接。

4、根据权利要求2所述多相料位传感器，其特征在所说的模块由多路模拟开关及解码器相互电连接，解码器的数据输出端电连接到多路模拟开关的选通控制端，多路模拟开关的输出端分别接相邻的多个分极，解码器的控制端经电线与电缆线电连接。

5、根据权利要求1所述多相料位传感器，其特征在所说的分极经电线与电缆线电连接。

6、根据权利要求1或2所述多相料位传感器，其特征在所说的连接体为一根钢性管。

7、根据权利要求1或2所述多相料位传感器，其特征在于所说的连接体为钢索，内绝缘套由多节相串连的内绝缘管组成，内绝缘管的两头设有臼头及臼碗，相邻的两节内绝缘管端部之间采用臼头、臼碗式结构配合，臼头及臼碗上分别加工有电缆孔和钢索孔，若干根钢索在内绝缘管内腔穿过钢索孔将各节内绝缘管串联在一起。

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