专利名称：多段电容式物位仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液位测量装置，具体的说，是涉及一种能检测容器中油、水及 其它化工溶液、混合液中的单相液位或两相界面的接触式液位测量装置。
技术背景油田后期开采过程中，含水率不断增加。采用新技术如“三元”和“聚合物”驱油 等方式，已经使得进入联合站的油井采出液中包含了大量除原油和水外的许多其他成分， 例如高分子化合物。联合站目前迫切需要一种仪器，要求这种仪器不仅能够测出罐内原油 高度和水的高度，而且还能够知道罐内有没有“聚合物、三元”等物质，以及这些物质大致有 多高，在什么层面。因此，现有技术中所广泛采用的仅能测量油位和水位的液位测量仪表就 难以满足实际的液位测量需求
实用新型内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种多段电容式物位 仪，该种多段电容式物位仪将相同结构的小量程传感电极组合起来分层测量，对确定油水 界面以及液位高度等的测量准确度非常高。此外，该种仪器还可以测得聚合物高度、混合层 厚度等数值，克服了传统液位仪测量功能单一的缺陷。本实用新型的技术方案是该种多段电容式物位仪，包括一个可通过法兰固定于容器口的变送器壳体、一个 RS485接口以及工作直流电源。此外，所述多段电容式物位仪在变送器外还有一个公共极和 一个电容式的分段组合电极。其中，所述电容式的分段组合电极被封闭在置有多路选通开 关电路的氟塑料绝缘管内，由多个垂向依次排列且彼此绝缘的微电容单体构成，每个微电 容单体均通过连接导线接入所述多路选通开关电路的一个对应通道入口处，所述分段组合 电极与所述公共极构成微电容阵列传感器。所述变送器内置有如下组件，分别为电容检测器、放大器、模/数转换器以及单片 机，所述变送器与分段组合电极之间以及变送器与公共极之间均连接有通信电缆；所述单片机通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆向所述多路选通开关电 路给出控制依次选通的信号，并同时向所述电容检测器发出开始电容检测的信号；所述电容检测器在单片机的控制下通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆 以及变送器与公共极之间的通信电缆分别接收两类电极信号，所获取的电容检测数据依次 通过所述放大器、模/数转换器传送至所述单片机的数据输入端。此外，为提高数据放大的准确度，还可以在所述变送器内增加一个调零放大控制 器，所述调零放大控制器在所述单片机的控制下工作，为所述放大器提供调零及放大信号。上述方案在具体实施时，所述电容检测器可以采用集成电容检测芯片MS3110，所 述多路选通开关电路可以采用CMOS八路模拟开关⑶4051芯片。本实用新型具有如下有益效果该种多段电容式物位仪，将相同物理结构的电极通过数字电路单元组成顺序排列的电极阵列，封闭在防腐蚀、抗粘附的氟塑料绝缘管内，与 公用电极构成阵列传感器。这样，十几米的测量量程就由20cm-30cm长的若干个小量程的 传感器构成，提高了确定油水界面以及液位高度等的测量准确度。此外，该种仪器通过这若 干个短量程的传感器对相应高度介质的感应回馈，使得存储液态物质的容器内中从高到低 处液体的参数都会被采集下来形成各类液面高度数据，因此还可以测得内含的各种聚合物 高度、混合层厚度等数值，克服了传统液位仪测量功能单一的缺陷。这些数据可以上传到计 算机中进行分析，从而可以得到罐内液体的剖面图，以及各种液体的高度等参数。
图1是本实用新型的构成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种多段电容式物位仪是根据原油、水、聚合物，油水混合物等物质 的介电系数不同的原理来进行测试工作的。其具体结构为所述物位仪包括一个可通过法 兰固定于容器口的变送器壳体、一个RS485接口以及工作直流电源，此外，所述多段电容式 物位仪在变送器外还包括一个公共极和一个电容式的分段组合电极。其中，所述电容式的 分段组合电极被封闭在置有多路选通开关电路的氟塑料绝缘管内，由多个垂向依次排列且 彼此绝缘的具有相同物理结构的微电容单体构成。每个微电容单体均通过连接导线接入所 述多路选通开关电路的一个对应通道入口处，所述分段组合电极与所述公共极构成微电容 阵列传感器。在所述变送器内置有如下组件分别为电容检测器、放大器、模/数转换器以及单 片机，所述变送器与分段组合电极之间以及变送器与公共极之间均连接有通信电缆。所述单片机通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆向所述多路选通开关电 路给出控制依次选通的信号，并同时向所述电容检测器发出开始电容检测的信号。所述电容检测器在单片机的控制下通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆 以及变送器与公共极之间的通信电缆分别接收两类电极信号，所获取的电容检测数据依次 通过所述放大器、模/数转换器传送至所述单片机的数据输入端。所述单片机对输入的电容数据在预置程序的作用下进行处理，得到待检测的界面 高度值后，通过所述RS485接口向上位计算机传送。为提高数据放大的准确度，还可以在所述变送器内增加一个调零放大控制器，所 述调零放大控制器在所述单片机的控制下工作，为所述放大器提供调零及放大信号。在具体实施时，微电容单体电极选用具有相同物理结构的等长的不锈钢管或弹 簧，通过数字电路单元组成顺序排列的电极阵列，封闭在防腐蚀、抗粘附的氟塑料绝缘管内 与公用电极构成阵列传感器。这样十几米的测量量程就由20cm-30cm长的若干个小量程的 传感器构成。通过这若干个短量程的传感器对相应高度介质的感应回馈，罐内从高到低处 液体的参数就被采集下来上传到计算机进行分析，从而可以得到罐内液体的剖面图，各种 液体的高度等参数。其中，所述电容检测器可以采用集成电容检测芯片MS3110，所述多路选通开关电路可以采用CMOS八路模拟开关CD4051芯片。在进行液位检测时，由单片机控制下的变送器 对分段组合电极从下至上逐段进行扫描检测，通过内置的软件对检测结果进行分析、比较， 判断出液面所在的电极段，该段以下的液位高度只需将该段以下的电极按数量和长度相加 即可，因此基本上不存在测量误差。液面段的液高由于有空液位段和满液位段的检测值及 单元电极长度作为参照基准，很容易计算得出，把两相进行相加所得出的数值就是液位总 高度，因此采用本技术方案所能达到的测量准确度非常高。在进行油水界面检测时，由于位于液罐下层的水，中层的油，和上层的空气，各自 的介电常数有较大差异，因此由上至下的检测电极与公共极之间形成的电容容量差异较 大。通过对检测值综合分析，计算出油与空气之间界面——油面高度和油、水之间界面—— 水面高度，由RS485计算机信号输出。实际应用中，油和水分界有时不是一个清晰的界面，油水之间在不同情况下是不 同状态的油水混合层，其电导率在水和油之间变化，其大小与这一层面中油水混合比例有 关。因此，此时需要根据实际工艺的要求设定油水界面的参考判定参数在具体实施时，根据用途需要，构成多段组合电极和公共极的型式可以分为不锈 钢外管为公共极的同轴管式、以金属罐壁或大地为公共极的单管式以及以并排平行管为公 共极的双并排管式。其中，同轴管式主要用于卧式罐或小型立式罐装的成品油或其它低粘 附溶液的液位或界面高精度检测。单管式主要用于各种立式金属罐和工业水池或罐等的液 位检测。双并排管式主要用于大型储罐的液位高精度检测。应用本种物位仪不但可以实现传统的液位仪所具有的测试原油高度、水位高度等 功能外，还能够提供聚合物高度、混合层厚度等传统液位仪所不能获得的测量结果。此外， 该种物位仪可以计算出油水分离程度，从而指导“加药分离”的时间和药量及药的分离效 果，能够达到提高生产效率、节省药品的特殊效果。传统的液位仪十几米量程下的刻度非 常麻烦，现场也不好提供相应的刻度条件，而本种物位仪的单元电极很短，只有20cm-50cm 长，现场很容易满足条件。另外，应用本种物位仪这一种仪器就可以实现对油水剖面、油水 分离程度、油高以及油水界面等的测量，而传统的液位仪则需要好几种仪器配合使用。综合 以上各种因素，本种物位仪非常适合于在油田上推广应用。
权利要求1.一种多段电容式物位仪，包括一个可通过法兰固定于容器口的变送器壳体、一个 RS485接口以及工作直流电源，其特征在于所述多段电容式物位仪在变送器外还有一个 公共极和一个电容式的分段组合电极，其中，所述电容式的分段组合电极被封闭在置有多 路选通开关电路的氟塑料绝缘管内，由多个垂向依次排列且彼此绝缘的具有相同物理结构 的微电容单体构成，每个微电容单体均通过连接导线接入所述多路选通开关电路的一个对 应通道入口处，所述分段组合电极与所述公共极构成微电容阵列传感器；所述变送器内置有如下组件，分别为电容检测器、放大器、模/数转换器以及单片机， 所述变送器与分段组合电极之间以及变送器与公共极之间均连接有通信电缆；所述单片机通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆向所述多路选通开关电路给 出控制依次选通的信号，并同时向所述电容检测器发出开始电容检测的信号；所述电容检测器在单片机的控制下通过变送器与分段组合电极之间的通信电缆以及 变送器与公共极之间的通信电缆分别接收两类电极信号，所获取的电容检测数据依次通过 所述放大器、模/数转换器传送至所述单片机的数据输入端。
2.根据权利要求1中所述的多段电容式物位仪，其特征在于所述变送器内还包括一 个调零放大控制器，所述调零放大控制器在所述单片机的控制下工作，为所述放大器提供 调零及放大信号。
3.根据权利要求1或2所述的多段电容式物位仪，其特征在于所述电容检测器采用 集成电容检测芯片MS3110，所述多路选通开关电路采用CMOS八路模拟开关CD4051芯片，所 述微电容单体为等长的不锈钢管。
4.根据权利要求1或2所述的多段电容式物位仪，其特征在于所述电容检测器采用 集成电容检测芯片MS3110，所述多路选通开关电路采用CMOS八路模拟开关CD4051芯片，所 述微电容单体为等长的不锈钢弹簧。
专利摘要一种多段电容式物位仪。主要解决现有液位仪在测量含有聚合物等的油田采出液的液位以及油水界面时效果不好的问题。其特征在于所述多段电容式物位仪在变送器外还有一个公共极和一个电容式的分段组合电极，其中，所述电容式的分段组合电极被封闭在置有多路选通开关电路的氟塑料绝缘管内，由多个垂向依次排列且彼此绝缘的具有相同物理结构的微电容单体构成，每个微电容单体均通过连接导线接入所述多路选通开关电路的一个对应通道入口处，所述分段组合电极与所述公共极构成微电容阵列传感器，在单片机的控制下对分段组合电极从下至上逐段进行扫描检测，通过内置的软件对检测结果进行分析、比较，判断出液面所在的电极段。具有测量精度高的特点。
文档编号G01F23/26GK201780138SQ20102019358
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者陈国安, 陈国庆 申请人:陈国安