CN202256193U - 射频超声波清洗式原油含水率计量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，其结构特征是法兰盘固定在油品管道上，管道底部装有整流器，法兰盘上连接套有绝缘环的射频发射天线和超声波振板，测量电路板通过电缆分别与射频发射天线和超声波振板连接，测量电路板上有端盖；油品管道底部有进液口，一侧有出液口。本实用新型在控制电源的驱动下，对超声波振板周围的油液发出超声波，由油液“空化”作用完成对射频发射天线的清洗。解决了射频发射天线表面杂质的积结，造成含水信号失真，影响测量精度的问题，有利于油田长期连续测量。

Description

射频超声波清洗式原油含水率计量仪

技术领域

本实用新型涉及一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，适用原油生产过程中含水率的测量。 

背景技术

水是原油的常见伴生物，世界上大多数原油都含有伴生水。这些伴生水大部分是以乳化的细小水滴存在于原油中的，少量则悬浮于重油或溶解于原油中。当采用注水采油工艺时，采出的原油还可能是原油乳化液和游离水的混合体，因而乳化液是常见的、主要的油水混合形态。含水率不同，原油乳化液的结构形态也不同。当含水较低时，原油为连续相，水为分散相，这时的乳化液称作油包水型乳化液；当含水较高时，水为连续相，原油为分散相，这时的乳化液称作水包油型乳化液。 

原油和水的乳化过程是不发生化学反应的，因而不会改变原油和水的本来性质，但因此而引起的原油乳化液物理性质的变化却是较大的，其中包括与含水计量关系密切的物理性质：密度和介电常数。 

根据测量原理的不同，原油含水率测量仪常见的有以下三类：电特性法、密度法和同位素法含水测量仪。其中电特性法含水测量仪还可分为电容法、微波法、射频法和短波法含水测量仪。 

射频法是计量原油含水率的方法之一。根据电磁波的物理特性：电磁波在通过介质时或多或少被介质所吸收。不同频率的电磁波在通过同一介质或同一频率电磁波通过不同介质时，介质所吸收的能量是不同的，吸收能量的多少服从朗伯——贝尔定律： 

I＝I₀e^-ucl    (1-1) 

式中I——穿透能量 

I₀——入射能量 

u——吸收系数 

c——介质浓度 

l——介质厚度 

对式(1—1)变换为 

I₀＝Ie^ucl

对于混合物质，则有 

I₀＝Ie(u₁c₁l₁+u₂c₂l₂)    (1-2) 

式中u₁c₁l₁和u₂c₂l₂——两种不同物质的吸收系数、介质浓度和介质厚度 

当含水仪用于测定油水中的含量时，则两种物质分别是油和水。探测器发射一定频率的电磁波时，油的电磁波能量吸收系数u₂很小，取其近似为零，则式(1-2)变为 

I₀＝Ie^ucl    (1-3) 

对于一定频率的电磁波，水的吸收系数保持不变，当测量仪的尺寸一定，则1确定。测量仪安装到输油管线上以后，电磁波透射能量I被管线吸收，这个能量随介质的变化很小，可以近似为恒定值。从式(1-3)可知，探测器发射功率I₀只能随着介质浓度(这里为水)的变化而变化。 

在原油的开采过程中，油中含有大量的蜡、碱、砂等杂质，传感器工作一段时间后，这些杂质就会积结在探头表面，造成含水信号失真，影响测量精度。以往的射频含水仪经常在很短的工作周期内，拆卸发射探头进行清洗，增加了劳动强度，不利于油田长期连续测量。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪。即在射频含水测量仪中加一超声波清洗器，利用超声波在液体中的“空化机理”，剥离积结在射频发射天线上的物质，达到清洗的目的，保持含水仪的测量精度。 

本实用新型的目的是这样实现的： 

一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，主要是由超声波振板、射频发射天线、整流器和测量电路板组成。法兰盘固定在油品管道上，管道底部装有整流器，法兰盘上连接套有绝缘环的射频发射天线和超声波振板，测量 电路板通过电缆分别与射频发射天线和超声波振板连接，测量电路板上有端盖；油品管道底部有进液口，一侧有出液口。 

上述整流器由横板和圆环板交错组合而成。 

上述测量电路板上的计量电路由电源电路、晶体振荡器电路、缓冲驱动电路、功率耦合电路、功率检测电路组成。 

本实用新型的优点是： 

1、含水仪装入油品管道中。在控制电源的驱动下，对超声波振板周围的油液发出超声波，由超声波油液的“空化”作用完成对射频发射天线的清洗。由检测电路完成对油品含水率的计量。 

2、在计量电路上，本实用新型设计了射频功率探测法，可使功率探测范围从0dBm到-45dBm，大大地提高了本含水仪的测量分辨率和准确度。 

3、整流器的作用使油液更为均匀，提高测量的准确度。 

附图说明

图1为本实用新型示意图。 

图2为图1整流器示意图。 

图3为图1控制、信号流程。 

图4为图1计量电路板测量电路原理图。 

具体实施方式

如图1-2所示，一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，主要含有超声波振板5、射频发射天线4、整流器2和测量电路板7。法兰盘9固定在油品管道1上，管道1底部装有横板12和圆环板13交错组合而成整流器2。法兰盘9上连接套有绝缘环3的射频发射天线4和超声波振板5，测量电路板7通过电缆6分别与射频发射天线4和超声波振板5连接，测量电路板7上有端盖8；油品管道1底部有进液口10，一侧有出液口11。 

如图4所示，测量电路板7上的计量电路就是由电源电路、晶体振荡器电路、缓冲驱动电路、功率耦合电路、功率检测电路组成。其功能是①电源电路：电源电路选用WRB1205N-2W DC-DC转换器(U5)，输入电压为12V，输出电压为5V。WRB1205N-2W转换器为宽电压输入，隔离稳压输出，DIP封装的DC-DC 模块电源。该电源具有高隔离度，高输出电压稳定度和较小纹波噪声的优异性能，能满足本含水仪测量电路对电源的要求。②晶体振荡器：XC2164KIC(U1)是高频，低功耗，内嵌晶体振荡器和驱动电路。它使用100MHz泛音石英晶体，输出100MHz方波，作为射频含水率测量仪的射频源，送入U2。③高速缓冲驱动电路：LMH6321(U2)是带有电流限制的高速缓冲器。具有单位增益，很高的压摆率和110MHz信号带宽，能驱动50欧负载，是一优良的线驱动器。U2接收U1的射频时钟信号，缓冲驱动输出。U4是一电压跟随器，输出2.5V电压连接到U2的GND端，使U2可在单5V电源下工作。④功率耦合电路：功率耦合功能由功率分配器(U6)完成。(U6)是一分二，频率100MHz功率分配器，它将检测天线探头的能量变化，并将该变化反馈给U3。⑤功率检测电路：功率检测电路由MAX9933(U3)构成。MAX9933是一低功耗RF检测器，工作频率从2MHz到1.6GHz。功率检测电路是本含水仪的核心部分，根据射频检测原理，原油含水率的变化转换为射频功率的变化。为了提高测量的分辨率，功率检测必须能探测出发射功率的微小变化。MAX9933对50欧负载终端，测量范围从-45dBm到0dBm，完全可以满足检测的精度。对功率大小的检测转换成电压从Pin7输出。J1是射频发射探头连接器，连接插入原油中的天线探头。 

含水仪装入油品管道1中，油液从管道底部进液口10通过整流器2，使油液更加均匀。在控制电源的驱动下，装在射频发射天线4将射频注入油品中，超声波振板5在油品液体中，对超声波振板周围的油液发出超声波，利用“超声波空化”对射频发射天线4进行清洗，并将剥离粘接物从出液口11排出。后由测量电路板7上的计量电路完成对油品含水率的计量。 

Claims (3)

1.一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，含有超声波振板(5)、射频发射天线(4)、整流器(2)和测量电路板(7)，其特征是法兰盘(9)固定在油品管道(1)上，管道(1)底部装有整流器(2)，法兰盘(9)上连接套有绝缘环(3)的射频发射天线(4)和超声波振板(5)，测量电路板(7)通过电缆(6)分别与射频发射天线(4)和超声波振板(5)连接，测量电路板(7)上有端盖(8)；油品管道(1)底部有进液口(10)，一侧有出液口(11)。

2.如权利要求1所述一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，其特征是整流器(2)由横板(12)和圆环板(13)交错组合而成。

3.如权利要求1所述一种射频超声波清洗式原油含水率计量仪，其特征是测量电路板(7)上的计量电路由电源电路、晶体振荡器电路、缓冲驱动电路、功率耦合电路、功率检测电路组成。

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