專利名稱：一種基于雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多相界面液位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感 器的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從油井中直接采出的原油里含有大量水、泥沙和天然氣，通過三相分離器的分離， 就會(huì)在儲(chǔ)油罐中形成泥沙/水、水/油、天然氣/油等幾種界面。為了測(cè)定儲(chǔ)油罐中的原油 量，就必須首先測(cè)量出儲(chǔ)油罐內(nèi)原油的上液位和下液位。顯然，為了達(dá)到這個(gè)目的，需要設(shè) 計(jì)一種多項(xiàng)界面測(cè)控系統(tǒng)。目前，傳統(tǒng)的電容式液位測(cè)量系統(tǒng)僅能檢測(cè)出單一界面位置，當(dāng)同時(shí)檢測(cè)多相界 面的位置時(shí)，僅用一對(duì)電極是無法達(dá)到目的。利用多電極的傳感器結(jié)構(gòu)(加參考文獻(xiàn))，從 理論上可以區(qū)分氣/油/水界面，但是從油井中直接采出的水主要是海水，海水的導(dǎo)電率較 高(可達(dá)5西門/米)，由于水的導(dǎo)電短路效應(yīng)，其電容測(cè)量值不與水的介電常數(shù)成正比，往 往遠(yuǎn)小于理論值，因此在實(shí)際中測(cè)電容無法準(zhǔn)確區(qū)分海水/油的界面。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上提到現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的提出一種利用電容/電 阻式雙模態(tài)傳感器的測(cè)量裝置。本發(fā)明利用電容測(cè)量，可以準(zhǔn)確分辨氣/油界面，而利用電 阻測(cè)量，可以準(zhǔn)確分辨水/油界面。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝置，用于測(cè)量多相 界面的液位，包括上位計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生單元、功率放大器、模擬多路開關(guān)、電容/電阻式雙 模態(tài)傳感器和信號(hào)采集單元，所述的電容/電阻式雙模態(tài)傳感器包括分布在同一個(gè)平面上 的NX3電極陣列，N為大于或等于3的整數(shù)，其中，第一列和第二列的電極均為矩形電極， 第三列電極的電極形狀為圓形，其尺寸小于第一列和第二列的電極，位于同列的電極為相 同材質(zhì)、大小的電極，極間間距也相同；測(cè)量時(shí)，將該傳感器豎直放置于待測(cè)多相液體中，由 上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)選通從下至上依次選通位于第一列的電極或第二列的一個(gè) 電極，并同時(shí)選通與所選通的電極位于同一行但位于第三列的另一個(gè)電極；通過信號(hào)發(fā)生 單元和功率放大器向選通的兩個(gè)電極施加激勵(lì)電壓信號(hào)，由信號(hào)采集單元采集該兩個(gè)電極 的感應(yīng)電流并送入上位計(jì)算機(jī)，由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)所采集的感應(yīng)電流進(jìn)行多相界面液位的 測(cè)量?；陔娙?電阻式雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝置，其特征在于，所述 的電容/電阻式雙模態(tài)傳感器，電極的數(shù)量9-90000個(gè)，每個(gè)電極是由金屬片制成，厚度為 0.0001-lmm。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用所述的基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器實(shí)現(xiàn)的多相界 面液位的測(cè)量方法，包括下列步驟(1)標(biāo)定純氣體及純油時(shí)的感應(yīng)電流值，此步驟可在實(shí)驗(yàn)前完成，取任意一對(duì)矩形電極，分別置于純氣體和純油中，一端施加激勵(lì)信號(hào)，測(cè)量另一端的感應(yīng)信號(hào)，將其保存在 上位機(jī)里，假設(shè)純氣體與純油的感應(yīng)電流值分別為Ia、I0 ；(2)利用電阻模態(tài)求出油的下液面高度上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)依次從下 至上選通第二列電極和第三列列中位于同一行的兩個(gè)電極，對(duì)其施加激勵(lì)信號(hào)，并依次測(cè) 量感應(yīng)電流值序列1，1 > 0時(shí)，暫停，此時(shí)可得油的下液面高度為hi = mX (a-l)，m為第三 列電極的極間距離，a為當(dāng)I >0時(shí)選通的一行電極的編號(hào)，編號(hào)方式為從下至上升序編號(hào)， a e (1，2L，N)；(3)再利用電容模態(tài)求出油的上液面高度，上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)依 次從a至上選通第一列和第二列中位于同一行的電極，施加激勵(lì)信號(hào)，并依次測(cè)量感應(yīng)電流值序列Γ ；令
權(quán)利要求
1.一種基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝置，用于測(cè)量多相界 面的液位，包括上位計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生單元、功率放大器、模擬多路開關(guān)、電容/電阻式雙模 態(tài)傳感器和信號(hào)采集單元，其特征在于，所述的電容/電阻式雙模態(tài)傳感器包括分布在同 一個(gè)平面上的NX3電極陣列，N為大于或等于3的整數(shù)，其中，第一列和第二列的電極均為 矩形電極，第三列電極的電極形狀為圓形，其尺寸小于第一列和第二列的電極，位于同列的 電極為相同材質(zhì)、大小的電極，極間間距也相同；測(cè)量時(shí)，將該傳感器豎直放置于待測(cè)多相 液體中，由上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)選通從下至上依次選通位于第一列的電極或第二 列的一個(gè)電極，并同時(shí)選通與所選通的電極位于同一行但位于第三列的另一個(gè)電極；通過 信號(hào)發(fā)生單元和功率放大器向選通的兩個(gè)電極施加激勵(lì)電壓信號(hào)，由信號(hào)采集單元采集該 兩個(gè)電極的感應(yīng)電流并送入上位計(jì)算機(jī)，由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)所采集的感應(yīng)電流進(jìn)行多相界 面液位的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝 置，其特征在于，所述的電容/電阻式雙模態(tài)傳感器，電極的數(shù)量9-90000個(gè)，每個(gè)電極是由 金屬片制成，厚度為0. 0001-lmm。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器實(shí)現(xiàn)的多相界面液位的 測(cè)量方法，包括下列步驟(1)標(biāo)定純氣體及純油時(shí)的感應(yīng)電流值，此步驟可在實(shí)驗(yàn)前完成，取任意一對(duì)矩形電 極，分別置于純氣體和純油中，一端施加激勵(lì)信號(hào)，測(cè)量另一端的感應(yīng)信號(hào)，將其保存在上 位機(jī)里，假設(shè)純氣體與純油的感應(yīng)電流值分別為Ia、I0 ；(2)利用電阻模態(tài)求出油的下液面高度上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)依次從下至上 選通第二列電極和第三列列中位于同一行的兩個(gè)電極，對(duì)其施加激勵(lì)信號(hào)，并依次測(cè)量感 應(yīng)電流值序列I，I > 0時(shí)，暫停，此時(shí)可得油的下液面高度為Ii1 = mX (a-1)，m為第三列 電極的極間距離，a為當(dāng)I > 0時(shí)選通的一行電極的編號(hào)，編號(hào)方式為從下至上升序編號(hào)， a e (1，2L，N)；(3)再利用電容模態(tài)求出油的上液面高度，上位計(jì)算機(jī)控制模擬多路開關(guān)依次 從a至上選通第一列和第三列中位于同一行的電極，施加激勵(lì)信號(hào)，并依次測(cè)量感應(yīng)電流值序列Γ ；令f=^^1^，當(dāng)0< ξ < 1時(shí)，暫停，此時(shí)可得油的上液面高度1O ~lah2尸+ ^)，p為第二列電極的極間距離，H為矩形電極的寬度，b為當(dāng)01O ~la< I' < 1時(shí)選通的電極編號(hào)，b e (a，L，N)；(4)最后利用h= Ii2-Ill得到原油的液位高度。
全文摘要
本發(fā)明屬于多相界面液位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電容/電阻式雙模態(tài)傳感器的多相界面液位的測(cè)量裝置，用于測(cè)量多相界面的液位，包括上位計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生單元、功率放大器、模擬多路開關(guān)、電容/電阻式雙模態(tài)傳感器和信號(hào)采集單元，其特征在于，所述的電容/電阻式雙模態(tài)傳感器包括分布在同一個(gè)平面上的N行3列電極陣列，N為大于或等于3的整數(shù)，其中，第一列和第二列的電極均為矩形電極，第三列電極的電極形狀為圓形，其尺寸小于第一列和第二列的電極，位于同列的電極為相同材質(zhì)、大小的電極，極間間距也相同。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的多相界面液位的測(cè)量方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便，不易被粘稠原油堵塞，能夠?qū)崿F(xiàn)多相界面液位的精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F23/26GK102052951SQ20101054248
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者尹武良, 王奔 申請(qǐng)人:天津大學(xué)