油品静电测量机构的制作方法

本发明涉及了测量监测仪器领域，尤其涉及一种油品静电测量机构。

背景技术：

油品静电是高速大容量装卸作业的隐蔽火源，是威胁油罐、槽车、油轮、飞机等加油场所静电安全的主要隐患。国内外目前通用的措施是限制加油速度。该措施存在两大缺欠，一是影响油品静电起电的因素较多，流速只是影响因素之一，但最大的影响变量是油品因素和设备因素；事实上，现场静电事故多数与油品或设备的“意外”因素有关，有许多事故往往是在所谓安全流速范围内发生的。第二，国内外推荐的安全流速，是在特定统计试验条件下得出的极值界限，往往限制了现场加油条件的安全经济性。因此，用监测静电安全的直接参数取代流速管理，已是势在必行的趋势。

监测管线流动静电，是国内外长期探索的热点技术。现有技术主要如下：

1、20世纪70年代，美国A.O.SMITH公司最先提出了旋转叶片式电荷密度测量装置。该测量装置的原理是，在管线笼式电荷室内装有动、静叶片，当用外部激励马达驱动动片旋转时，静止叶片的感应信号就会传出被调制的脉动信号。当用标定设备标出PA表测量信号后，就可以显示管线流动静电的电荷密度了。该专利技术公布后，曾一度形成市场产品，但因可靠性等因素而很快停产。

2、1979年，总后车船研究所、北京劳动保护研究所与广州电气科学研究所合作，在国内首先提出了“球-杆”电极式电荷密度检测仪，原理是用测量插入管线内“球-杆”电极平衡电位的方法，代替油品电荷密度的测量。

3、1992年，中石化安全技术研究所在以上研究成果的基础上，公布了一种新的“球-杆”电极式电荷密度测量技术，原理是，用测量“球-杆”电极瞬态电位方法代替油品电荷密度的测量。

上述测量设备在国内虽有产品，但因使用条件限制而未能普及。

特别的，油品静电的本质量是电荷密度(MC/M³)，上述测量技术的共同原理是用传感器拾取的简介参量代替油品的电荷密度，测量精度和可靠性取决于标定试验的设备条件、油品条件和试验统计量。离开特定的试验条件，特别是油品出现意外的情况下(如分散的游离水或悬浮杂质增加等)，标定系数就会失去指导意义。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于，提供了一种油品静电测量机构，该油品静电测量机构可以实现油品流动静电电荷密度的测量和在线监测。

本申请实施例公开了一种油品静电测量机构，包括测量室、活塞以及气动机构；所述测量室包括内筒、套设在所述内筒外的外筒以及设置在所述内筒与所述外筒之间的绝缘部，所述内筒和所述外筒由导电材料制成，所述绝缘部由绝缘材料制成；所述活塞设置在所述内筒内且能相对所述内筒滑动，所述活塞具有相背对的第一表面和第二表面，所述测量室开设有用于与石油管道连通的第一开口，所述第一开口与所述活塞的第一表面相对应设置；所述测量室开设有与所述气动机构连通的第二开口，所述第二开口与所述活塞的第二表面相对应设置。

优选地，所述油品静电测量机构包括连接器，所述连接器用于将油品管道与所述第一开口连通。

优选地，所述第一开口设置在所述测量室的上方，所述第二开口设置在所述测量室的下方，所述气动机构固定设置在所述测量室的下方，所述活塞能沿纵向滑动。

优选地，所述气动机构上包括设置有第一端口和第二端口的气室，所述第一端口和所述第二端口均与所述第二开口连通，所述油品测量机构还包括切换阀和气源，所述切换阀分别与所述第一端口和所述第二端口连通，所述切换阀与所述气源连通。

优选地，所述油品静电测量机构包括控制器，所述控制器用于控制所述切换阀。

优选地，所述油品静电测量机构包括与所述内筒电性连接的电荷变送器，所述电荷变送器包括信号控制开关、信号放大单元、信号转换单元、控制器，所述控制开关用于开通或复位信号，所述信号放大单元用于接收油品中的电荷量信号以及将油品中的电荷量信号放大，所述信号转换单元用于将经过放大后的电荷量信号放大生成待发送给所述控制器的数字信号。

优选地，所述油品静电测量机构包括与所述控制器电性连接的显示器，所述显示器用于根据所述控制器接收到的数字信号输出。

优选地，所述控制器包括修正单元，所述修正单元用于将接收到的数字信号进行修正。

优选地，所述活塞与所述内筒之间设置有密封圈。

优选地，所述连接器上设置有管节，所述管节匹配于现场管线直径和压力。

本发明采用以上结构具有以下优点：

1.该方案与现场动力资源和监控设备对接良好，充分利用现场气源条件，简化了采样测量和电荷密度的在线测量。

2.该方案采用气动式法拉第筒电荷采集和测量方案，直接实现管线空间电荷密度的测量，克服了集电极等中间变量代替电荷密度的转换误差。

3.该方案实现了现场电荷密度的在线测量、存贮和数据处理，克服了现有技术电荷密度检测现场智能化不足的缺欠。

4.该方案采用标准信号直接传输法拉第筒电荷感应信号，实现了小电荷的在线测量和远传技术，通用性好，克服了传统中间变量传输技术存在的小信号失真现象。

5.该方案实现了现场电荷密度的在线测量、存贮和数据处理，克服了现有技术电荷密度检测现场智能化不足的缺欠。

6.采用法拉第筒电荷测量法直接测量管线电荷密度，比旋转叶片式或集电极式测量法等有更好的可信度和适应性。主要是本发明采用电荷直接测量法，而现有技术采用有限的统计试验标定中间参数，标定数据涵盖不了非成品油或污油、粗油等特殊条件测量精度的可信度。

7.用气动法驱动的管线电荷采样测量，操作简便，与现场使用对接性好。该方案主要是采用了气缸与法拉第筒一体化设计，且不需要将测量电极伸进管线内。

8.采用法拉第筒电荷测量法，测量精度高，克服了现有测量技术低量程误差大的缺欠。该优点主要与下列因素有关：一是传统的集电式测量法拾取的电压信号与电荷分布有关：信号量越小，电荷分布越不均匀，充电电位统计误差大；二是标定试验重复性差，标定系数一般偏向满量程的系数转换。

9.采用单片机(单点式)或PLC+工作站(多点式)控制的显示器，具有数据处理和存贮功能，提高了设备的实用性和在线监管功能。现有技术通常只有即时测量功能，没有设备存贮和现场智能化管理功能。

附图说明

图1是本申请实施例中油品静电测量机构的结构示意图。

图2是本申请实施例中油品静电测量机构的局部结构示意图。

图3是本申请实施例中油品静电测量机构中局部剖视图。

图4是本申请实施例中电荷变送器的原理示意图。

以上附图的附图标记：1、管节；2、连接器；3、测量室；31、内筒；32、绝缘部；33、外筒；34、第一开口；35、第二开口；4、电荷变送器；5、气室；51、第一端口；52、第二端口；6、控制器；7、显示器；8、切换阀；9、气源；10、调压阀；11、密封圈；12、活塞；121、第一表面；122、第二表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

参照图1、图2以及图3所示，本申请公开了一种油品静电测量机构，包括测量室3、活塞12以及气动机构；所述测量室3包括内筒31、套设在所述内筒31外的外筒33以及设置在所述内筒31与所述外筒33之间的绝缘部32，所述内筒31和所述外筒33由导电材料制成，所述绝缘部32由绝缘材料制成；所述活塞12设置在所述内筒31内且能相对所述内筒31滑动，所述活塞12具有相背对的第一表面121和第二表面122，所述测量室3开设有用于与石油管道连通的第一开口34；所述测量室3开设有与所述气动机构连通的第二开口35。

参照图3所示，具体的，测量室3大体呈筒状。测量室3包括大体呈筒状的内筒31以及外筒33。外筒33套设在内筒31外。内筒31和外筒33由诸如不锈钢等导电材料制成。绝缘部32设置在所述外筒33和内筒31之间，以将所述内筒31和所述外筒33电隔绝。绝缘部32由诸如橡胶材料制成绝缘材料制成。在本实施方式中，绝缘部32可以呈环状。所述绝缘部32套设在所述内筒31外。所述外筒33套设在所述绝缘部32外。当然在其他可选的实施方式中，绝缘部32也可以为多个。多个绝缘部32沿圆周方向间隔排布。

参照图3所示，在本实施方式中，所述内筒31具有沿其轴线方向延伸空腔。所述活塞12设置在所述内筒31的空腔中。所述活塞12能在所述内筒31的空腔中沿所述内筒31的轴线方向相对所述内筒31滑动。所述活塞12能将所述内筒31的空腔分隔为两个相互隔离的第一腔室和第二腔室。其中，所述第一腔室位于所述第二腔室的上方。所述活塞12的第一表面121位于所述第一腔室中。所述第二表面122位于所述第二腔室中。优选地，为了使第一腔室和第二腔室更好地隔离，在所述活塞12与所述内筒31之间设置有密封圈11。

参照图3所示，在本实施方式中，所述测量室3的上部开设有第一开口34。所述第一开口34用于将第一腔室与油品管道连通。第一开口34可以将自其流入第一腔室的油品作用于活塞12的第一表面121。第一开口34可以将第一腔室的油品导出第一腔室。所述测量室3的下部开设有与第二腔室连通的第二开口35。第二开口35可以将自其流入第二腔室的气体作用于活塞12的第二表面122。第二开口35可以将第二腔室的气体导出第二腔室。

参照图3所示，气动机构包括设置在所述测量室3下方的气室5。气室5具有与第二开口35连通的气体腔。气室5上设置有第一端口51和第二端口52。第一端口51和第二端口52均与气室5的气体腔连通。所述气动机构包括切换阀8。所述切换阀8能将气源9的气体通过第一端口51输入气室5的气体腔中，从而推动活塞12向上运动。所述切换阀8还可以将气室5的气体腔中的气体从第二端口52中导出，从而使活塞12向下运动。优选地，所述切换阀8与所述气源9之间可以设置有调压阀10，从而能对输入第二腔室内的气体的压力进行调节。

在本实施方式中，所述油品静电测量机构包括与所述内筒31电性连接的电荷变送器4。电荷变送器4可以将进入第一腔室内的油品所带的电荷进行监测。

优选地，所述油品静电测量机构还包括控制器6。所述控制器6分别与所述切换阀8、电荷变送器4电性连接，从而能对该油品静电测量机构进行控制。

本申请实施例中的油品静电测量机构的工作原理大体如下：

当控制器6发出“测量启动”指令时，切换阀8通过气动机构使气缸下移，油品管道内的油品进入第一腔室内，由此荷电介质进入测量室3内，测量室3将进入电荷室静电的感应信号直接输入到电荷变送器4，回传给控制器6。控制器6根据测量的电荷量(μC)和抽油容积(m³)，得到电荷密度(μC/m³)。当控制器6发出“测量停止”指令时，切换阀8通过气动机构使气缸上移，原本位于第一腔室内的油品自第一开口34流出第一腔室，电荷变送器4输入端触点自动闭合与地短接，完成“复位”回零状态。

优选地，所述油品静电测量机构包括连接器2，所述连接器2用于将油品管道与所述第一开口34连通。所述连接器2上设置有管节1，所述管节1匹配于现场管线直径和压力。管节1可以按现场管线直径和压力等级配套设计，连接器2可以按产品标准化配套设计，从而适用于不同管线配套的通用要求。

参照图4所示，所述电荷变送器4包括信号控制开关、信号放大单元、信号转换单元、控制器6，所述控制开关用于开通或复位信号，所述信号放大单元用于接收油品中的电荷量信号以及将油品中的电荷量信号放大，所述信号转换单元用于将经过放大后的电荷量信号放大生成待发送给所述控制器6的数字信号。测量室3输入的微电荷信号经信号放大单元、信号转换单元处理后，可直接传送至控制器6。信号放大单元可以将高输入阻抗的微电荷(nC)测量与放大的单元。信号转换单元是将测量信号功率放大和变送标准信号的远传驱动器。上述电路封装在一个隔爆式防爆盒内。

优选地，所述控制器6包括修正单元，所述修正单元用于将接收到的数字信号进行修正。通过控制器6数据处理单元可以修正传感器采样测量的固有误差。

控制器6类型可按现场需要设计。现场一个测点的“点对点”控制/显示器7，采用单片机控制的显示器7(IP65)。也可以多点测量的控制/显示器7采用PLC与工作中集中控制和显示模式。

本申请实施例具有以下优点：

1.该方案与现场动力资源和监控设备对接良好，充分利用现场气源9条件，简化了采样测量和电荷密度的在线测量。

2.该方案采用气动式法拉第筒电荷采集和测量方案，直接实现管线空间电荷密度的测量，克服了集电极等中间变量代替电荷密度的转换误差。

3.该方案实现了现场电荷密度的在线测量、存贮和数据处理，克服了现有技术电荷密度检测现场智能化不足的缺欠。

4.该方案采用标准信号直接传输法拉第筒电荷感应信号，实现了小电荷的在线测量和远传技术，通用性好，克服了传统中间变量传输技术存在的小信号失真现象。

5.该方案实现了现场电荷密度的在线测量、存贮和数据处理，克服了现有技术电荷密度检测现场智能化不足的缺欠。

6.采用法拉第筒电荷测量法直接测量管线电荷密度，比旋转叶片式或集电极式测量法等有更好的可信度和适应性。主要是本发明采用电荷直接测量法，而现有技术采用有限的统计试验标定中间参数，标定数据涵盖不了非成品油或污油、粗油等特殊条件测量精度的可信度。

7.用气动法驱动的管线电荷采样测量，操作简便，与现场使用对接性好。该方案主要是采用了气缸与法拉第筒一体化设计，且不需要将测量电极伸进管线内。

8.采用法拉第筒电荷测量法，测量精度高，克服了现有测量技术低量程误差大的缺欠。该优点主要与下列因素有关：一是传统的集电式测量法拾取的电压信号与电荷分布有关：信号量越小，电荷分布越不均匀，充电电位统计误差大；二是标定试验重复性差，标定系数一般偏向满量程的系数转换。

9.采用单片机(单点式)或PLC+工作站(多点式)控制的显示器7，具有数据处理和存贮功能，提高了设备的实用性和在线监管功能。现有技术通常只有即时测量功能，没有设备存贮和现场智能化管理功能。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。