KR0156928B1 - 석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터 - Google Patents

석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터
제1도는 본 발명의 마이크로파 함수율 모니터의, 일부가 간략화된 부분 개략 블록선도.
제2도는 제1도에 나타낸 검사장치의 간략화된 블록선도.
제3도는 제2도의 테스트 셀을 나타낸 도면, 그리고 제4도 및 제5도는 제3도의 4-4선 및 5-5선을 따라 취한 테스트 셀의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 전압 제어 위상 시프터 8 : 검사 장치
10,11 : 선로 40 : 미니 컴퓨터 수단
53 : 테스트 셀 58 : 스위치 수단
63,65 : 제1안테나 수단 67,70 : 제2안테나 수단
110,112 : 마이크로파 채널 116,120 : 유체도관
본 발명은 석유의 흐름에 있어서 물의 비율을 측정하는 장치, 간단히 마이크로파 함수율 모니터에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터가 기준 석유 혼상유체를 포함하고 함수율이 측정될 혼상 흐름이 샘플 흐름이 통과되는 테스트 셀 수단을 포함한다. 소오스는 마이크로파 에너지를 제1안테나쌍중 하나에 제공하고 이 안테나는 테스트 셀을 통과하여 흐르는 석유흐름이나 테스트셀안의 기준 샘플을 마이크로파 에너지로 조사한다. 제2안테나쌍중 하나는 석유 흐름이나 기준 샘플을 관통했던 마이크로파 에너지를 수신한다. 검출기는 이 수신된 마이크로파 에너지를 검출하고 이 검출된 마이크로파 에너지를 나타내는 신호를 제공한다. 표시기는 수신된 신호 전력 즉, 세기, 및 송신된 마이크로파 에너지와 수신된 마이크로파 에너지 사이의 위상차에 따라 석유흐름의 함수율의 표식을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도의 함수율 모니터에는 마이크로파 에너지라 하는 전자기 에너지를 마이크로파 주파수에서 제공하는 마이크로파 송신기(3)가 있다. 이 송신기(3)는 낮은 전력이 공급되고 마이크로파 총을 이용할 수 있다.
송신기(3)는 마이크로파 에너지를 방향성 결합기(4)에 제공한다.
방향성 결합기(4)는 마이크로파 에너지를 전압 제어 위상 시프터(5)에 그리고 검사장치(8)에 제공된다. 마이크로파 에너지를 전도하거나 전송하는 모든 과정은 도파관과 동축 케이블을 사용하여 완수된다.
검사장치(8)에는 혼상 석유흐름의 샘플흐름을 전달하여 장치(8)로 보내는 선로(10)가 있다. 샘플 흐름은 검사장치(8)의 선로(11)을 통해 나온다. 이 검사장치(8)는 이후로 좀더 상세히 설명될 것이다. 상기 설명을 참조해 볼 때 검사장치(8)에 인가되는, 테스트 마이크로파 에너지라 하는 검사장치(8)에 인가되는, 테스트 마이크로파 에너지라 하는 마이크로파 에너지는 샘플흐름을 관통했거나 기준 샘플을 관통했던 마이크로파 에너지이다. 테스트 마이크로파 에너지는 방향성 결합기(18)에 인가된다. 이 방향성 결합기(18)는 테스트 마이크로파 에너지를 검출기(22)에 그리고 믹서(28)에 제공한다. 검출기(22)는 전력, 즉 검사 장치(8)로부터 나온 테스트 마이크로파 에너지의 강도에 상응하는 신호(E1)을 제공한다.
전압제어 위상 시프터(5)는 기준 마이크로파 에너지라하는 마이크로파 에너지를 믹서(28)에 제공하고 이 믹서는 기준 마이크로파 에너지와 테스트 마이크로파에너지를 조합하여 기준 마이크로파 에너지와 테스트 마이크로파 에너지 각각의 위상을 나타내는 두 전기신호(E2,E3)를 제공한다.
차동 증폭기(30)는 신호(E2,E3)사이의 차이에 따라 신호(E0)을 출력한다. 신호(E0)은 기준 마이크로파 에너지와 테스트 마이크로파 에너지사이의 위상차 함수관계를 가지며 궤환회로(34)에 출력된다. 궤환회로(34)는 신호(C)를 기준 마이크로파 에너지의 위상을 제어하는 전압 제어 위상 시프터(5)에, 그리고 미니 컴퓨터 수단(40)에 제공한다.
신호(E0)와 이에 따른 신호(C)는 기준 마이크로파 에너지와 테스트 마이크로파 에너지 사이의 위상차가 거의 90°로 될 때까지 진폭 감소된다. 전압 제어 위상 시프터(5)는 위상치를 없애는데 필요한 위상 편이 양을 표시한다.
신호(E1,C) 및 T(후술할 테스트 셀의 온도)는 생산된 흐름에 있을 수 있는 다양한 함수율에 대한 위상 및 전력과 관련된 데이터를 갖는 메모리 수단이 내장된 미니 컴퓨터 수단(40)에 제공된다. 위상 시프트(5)가 또한 가능신호를 컴퓨터 수단(40)에 제공하고 이에 의해 컴퓨터 수단(40)은 신호(T,C,E)를 이용하여 적당한 함수율 값을 선택한다. 컴퓨터 수단(40)은 선택된 함수율 값에 상응하는 신호를 표시수단이나 기록수단 또는 이들의 조합수단으로 구성될 수 있는 판독수단(44)에 제공한다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 검사장치(8)에는 테스트 셀(53)이 있다. 이 테스트 셀(56)은 이후로 좀더 상세히 설명될 것이다. 방향성 결합기(4)로부터 나온 마이크로파 에너지는 스위치 수단(58)으로 인가되고 이 스위치 수단(58)은 마이크로파 에너지를 도선(62,64)을 거쳐 테스트 셀(53)에 제공한다. 도선(62)은 마이크로파 에너지를 안테나(63)로 전송하고 이 안테나(63)는 마이크로파 에너지를 샘플흐름으로 방사한다.
이와 유사하게, 마이크로파 에너지가 도선(64)에 인가되면, 이 마이크로파 에너지는 안테나(65)로 전송된다.
안테나(65)는 마이크로파 에너지를 기준 샘플에 방사한다. 도선(66)은 샘플 흐름을 관통한후 안테나(67)에 의해 수신된 테스트 마이크로파 에너지를 전송한다.
이와 유사하게, 도선(69)은 기준 샘플을 관통한후 안테나(70)에 의해 수신된 마이크로파 에너지를 전송한다.
스위치 수단(72)은 테스트 마이크로파 에너지를 도선(66)이나 도선(69)로 부터 수신하여 방향성 결합기(18)로 송신한다.
기준 샘플 소오스(77)는 기준 샘플 유체를 밸브(84)가 달린 선로(80)를 거쳐 테스트 셀(53)로 제공한다.
테스트 셀(53)의 도관은 선로(80)와 밸브(90)가 달린 또 다른 신호(88)를 연결한다. 동작시, 소오스(77)는 기준 유체를 테스트 셀(53)속으로 제공한다.
샘플 유체는 측정될 수 있도록 흐르거나, 테스트 셀(53)의 도관이 완전히 채워질 때까지 밸브(90)를 닫음으로써 테스트 셀(53)에서 정지 상태로 포함될 수 있다.
기준 샘플 유체를 테스트 셀(53)로부터 배출시키기 위해 밸브(84)는 닫히고 밸브(90)는 열린다.
제3도를 참조하면, 마이크로파 입력포트(95,98)가 있는 테스트 셀(53)이 나타나 있다. 테스트 셀(53)의 다른 측면에 있는 마이크로파 출력포트(105,108)는 점선으로 표시되어 있다. 마이크로파 채널(110)은 마이크로파 입력 포트(95)와 마이크로파 출력포트(105)를 연결한다. 이와 유사하게 마이크로파 채널(112)은 마이크로파 입력포트(98)와 마이크로파 출력포트(108)를 연결한다.
또한, 제3도에 유체 도관(116,120)이 도시되어 있다. 유체도관(116,120)은 이 테스트 셀(53)도면에서 일치되어 있기 때문에, 단지 한 점선 쌍만으로 표시되어 있다. 이것은 테스트 셀(53)을 4-4선을 따라 취한 제4도에서 더 상세히 볼 수 있다.
이 도면에서, 금속으로 만들 수 있는 몸체(125)에는 종 방향으로 관통한 유체도관(116,120)과 횡방향으로 절단된 마이크로파 에너지용 마이크로파 채널(110,112)이 있다. 특히 채널(110,112)은 서로 어긋나있다. 하지만 이러한 어긋남은 본 발명의 실행상 필요한 것이 아니다.
또한 유체도관(116)이 직사각형 횡단면을 가져 유체를 관통하는 마이크로파 에너지가 항상 동일한 통로길이를 가지게한다.
제5도를 참조하면, 테스트 셀(53)이 제3도의 5-5선을 따라 나타나있다. 채널(110)은 유체도관(116)의 횡단면을 형성하는 부분을 제외하고는 고농도 폴리테트라플루오로에틸렌과 같이 마이크로파 에너지를 전도하는 고체재료(130)로 채워져있다. 마이크로파 입력포트(95)는 몸체(125)속으로 뚫려 있다. 더욱이 또 다른 구멍(134)이 마이크로파 입력포트(95)와 연결되어 채널(110)의 재료(130)속에 들어가있다.
이것은 마이크로파 안테나의 삽입을 위한 것으로, 이 안테나는 본 발명용으로 조금 개조시킨, 옴니 스펙트라(Omni Spectra)사에 의해 만들어진 상업용 부품번호 제2057-5134-02호의 제품일수 있다. 이와 유사하게 안테나(67)용 마이크로파 출력포트(105)에는 재료(130)속으로 들어가 있는 부가 구멍(135)이 도시되어 있다. 이것은 샘플흐름을 감시하기위한 것이다. 근본적으로, 이 안테나는 입력포트(95)로 들어가는것과 동일한 종류의 안테나이지만, 본 발명용으로 개조시킨 것이다.
마이크로파 에너지는 안테나(63)에 인가되면 재료(130)속으로 들어가 출력포트(105)에 삽입된 안테나(67)에 이를때까지 도관(116)을 가로질러 나아간다.
제2도를 다시 참조하면, 선로(10,11)는 통상적인 방식으로 도관(116)에 연결되어 선로(10)안의 샘플흐름이 테스트 셀(53)을 거쳐 선로(11)로 흐르게한다. 이와유사하게, 선로(80,88)는 선로(80)안의 샘플유체가 유체도관(120)으로 들어가서 선로(88)를 통해 테스트 셀(53)로부터 나오게하는 방식으로 유체도관(120)에 연결되어 있다. 유사하게, 입력포트(98)의 안테나(65)는 도선(64)에 연결되고 출력포트(108)와 안테나(70)는 도선(69)에 연결되어 있다.
제3도에서 알수있는것처럼, 열전쌍인 온도센서(140)가 블록(125)속으로 뚫린 구멍속으로 삽입되고 따라서 기준흐름 샘플이나 생산된 흐름 샘플의 온도인, 블록(125)의 온도를 판독한다.
근본적으로, 기준 샘플의 전력 및 위상 편이는 미니 컴퓨터 수단(40)내의 기준선 데이터로 이용된다. 이 기준선 데이터와 석유 샘플 흐름으로 부터 유도된 테스트 데이터는 미니 컴퓨터 수단(40)에 의해 온도 정정된다.
미니 컴퓨터 수단(40)은 정정된 기준선 데이터, 정정된 테스트 데이터 및 이 수단의 메모리에 기억된 색인표에 따라 함수율을 결정한다.

Claims (6)

  1. 석유 흐름의 샘플흐름이 관통하여 흐르게 배열된 테스트셀(53); 마이크로파 에너지를 제공하는 소오스(3); 이 소오스(3)에 연결되어 마이크로파 에너지를 샘플 흐름으로 전달하는 제1안테나 수단(63); 샘플 흐름을 통과한 마이크로파 에너지를 수신하고 이 수신된 마이크로파 에너지를 테스트 마이크로파 에너지로 제공하는 제2안테나 수단(67); 송신된 마이크로파 에너지와 수신된 마이크로파 에너지 사이의 위상차를 나타내는 신호(E0)을 제공하도록 배열된 위상차 수단(30); 그리고 위상차 신호(E0)에 따라서 석유 흐름의 함수율의 표식을 제공하도록 배열된 컴퓨터 수단(5,34,40,44)으로 구성되는 석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터로서, 상기 테스트 셀(53)이 기준 석유 혼상 유체 샘플을 수용하도록 배열되고; 상기 제1안테나 수단들(63,65)이 상기 마이크로파 에너지를 상기 샘플 흐름과 기준 샘플 가운데 선택된 것으로 전달하도록 배열되고; 상기 제2안테나 수단들(67,70)이 상기 샘플 흐름이나 기준 샘플을 통과한 마이크로파 에너지를 수신하도록 배열되고; 검출기(22)는 제2안테나 수단들(67,70)에 연결되어 테스트 마이크로파 에너지의 전력을 검출하고, 이 전력을 나타내는 전력 신호(E1)를 제공하며; 상기 컴퓨터 수단들(5,34,40,44)은 상기 제2안테나 수단들(67,70), 소오스(3), 및 검출기(22)에 연결되어 기준 샘플로부터의 베이스 라인 위상차 및 전력 신호(E0,E1)에 관한 샘플 흐름으로부터 위상치 신호신호(E0) 및 전력 신호(E1)에 따라서 석유 흐름의 함수율의 표식을 제공하는 것을 특징으로 하는, 석유 흐름 마이크로파 함수율 모니터.
  2. 제1항에 있어서, 기준 샘플의 온도와 샘플 흐름의 온도를 감지하고 이 온도를 나타내는 온도 신호(T)를 제공하는 수단(140)이 포함되며; 상기 컴퓨터 수단들(5,34,40,44)이 상기 온도 신호(T)에 따라 함수율의 표식을 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 상기 모니터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 테스트 셀(53)이, 유체 통과용 두 도관(116,120)과 마이크로파 에너지 전송용 두 채널(110,122)를 갖는 몸체(125); 기준 샘플을 유체 도관들 중 하나(120)에 제공하는 유체 소오스(77); 샘플 흐름을 수용하고 이 흐름을 다른 유체 도관(116)에 제공하는 수단(10); 샘플 흐름이 몸체(125)로 부터 나오게하는 수단(11) : 을 포함하고, 한 유체 도관(116)과 한 마이크로파 채널(110)이 서로 직각으로 교차하고 다른 유체 도관(120)과 다른 마이크로파 채널(112)이 서로 직각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 상기 모니터.
  4. 제3항에 있어서, 각 마이크로파 채널(110,112)이 유체 도관을 가로지르는 마이크로파 채널부분을 제외하고는 유체들을 통과시키지 않으나 마이크로파 에너지를 전달하는 물질(130)을 내포하는 것을 특징으로 하는 상기 모니터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로파 채널의 고체 재료가 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 상기 모니터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1안테나 수단(63,65)이 마이크로파 채널들중 하나(110)와 공간적으로 배열되어 마이크로파 에너지를 한 마이크로파 채널 속으로 송신하는 제1송신기 안테나(63); 다른 마이크로파 채널(112)과 공간적으로 배열되어 마이크로파 에너지를 다른 마이크로파 채널 속으로 송신하는 제2송신기 안테나(65); 및 소오스(3)와 제1 및 제2송신기 안테나들(63,65)에 연결되어 소오스에 의해 공급된 마이크로파 에너지를 제1송신기 안테나 또는 제2송신기 안테나에 제공하는 제1스위치 수단(58) : 을 포함하고, 상기 제2안테나 수단(67,70)이, 한 마이크로파 채널(110)과 공간적으로 배열된 제1수신 안테나(67) ; 다른 마이크로파 채널(112)과 공간적으로 배열된 제2수신 안테나(70); 및 제1 및 제2수신 안테나들(67,70)에 연결되고 제1스위치 수단(58)과 협력하여 유체를 관통했고 수신 안테나에 의해 수신되었던 마이크로파 에너지를 통과시켜 검출기(22)와 컴퓨터 수단(5,34,40,44)에 전달하는 제2스위치 수단(72) ; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 모니터.
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