专利名称：三相原油含水仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相原油含水仪。
目前，原油含水、含气率的测量方法甚多，主要有振动密度计法、介电常数(电容)测定法、电磁波吸收法和放射性射线吸收法等。射线法由于具有非接触测量等特点，使用效果较好。特别是利用γ射线吸收原理的仪表得到了较为广泛的应用。目前国内市场上较好的产品是ROH-1型原油含水、含气率测量仪(中科院近物所科庆公司产)，其原理是利用γ射线在原油中的透射和散射，用透射探测器与γ射线源径向对称位安装测量透射信号，在与γ射线源沿轴向一定范围内径向呈一定夹角处安装散射探测器测量散射信号，两测量信号经信号处理电路处理后，由计算机内的软件中的计算公式的含水率、含气率计算公式计算出，该两计算公式的含水率、含气率为相关函数互解方程得出；但由于测定透射、散射时，透射、散射探测器在轴向成一定距离、并在径向成一定角度，则透射、散射测定的原油时介质相同部分较少，介质中水、气含量并不完全相同，因而两计算公式的相关性较差，采用该测量仪测量时需混匀气液，且其当含气量高达30％以上时，气液混合不同，其测量精度就不太精确。
本实用新型的目的是为了提供一种利用γ射线源在射线发生器内产生的透射和散射两种能量的射线穿过同一介质后的测量信号来测定含水率，且其测量精度高、含气率可测至50％的三相原油含水仪。
本实用新型的目的可通过如下措施来实现一种三相原油含水仪，含有测量管道、射线发生器、射线探测器、计算机等；在测量管道的测量间隙的外壁径向对称位置分别装有射线发生器和射线探测器；射线发生器产生的高、低两种能量的γ射线由射线探测器的闪烁体接收变为两种强度的光信号，闪烁体的光信号输入至光电倍加管，由光电倍加管产生的电信号与信号处理电路相联；信号处理电路是由放大及单道分析电路、增益稳定电路、计数接口电路、计算机、D/A转换器组成。
本实用新型的目的还可通过如下措施来实现三相原油含水仪的信号处理电路是由光电倍加管及辅助电路输出的电信号S1与放大及单道分析电路中的放大器A相联，由放大器A输出的放大信号S2、S5分别与放大及单道分析电路中的单道分析器SCA1和增益稳定电路中的单道分析器SCA2相联，由单道分析器SCA1、SCA2输出的电信号均与计数接口电路相联，并与计算机相联；由计算机输出的数字信号经D/A转换器转换后，由运算放大器IC放大输出与高压电源HV相联，并与光电倍加管的输助电路相联。
信号处理电路中的放大及单道分析电路中的放大器A是由三极管T4、T5组成的差分放大电路、三极管T2、电阻R9、R5、R6、二极管D2组成的共基极放大电路、三极管T3、T1组成的射极跟随器等组成；由射线探测器输出的电信号S1通过电阻R10与放大器A的差分放大电路中的三极管T4的基极相联，三极管T4的集电极输出电信号与共基极放大电路的三极管T2的射电极相联；三极管T2的集电极输出电信号与射极跟随器的三极管T3的基极相联，由三极管T1的集电极经电阻R3、R2、电容C1输出电信号S2、S5。信号处理电路中的单道分析器SCA1、SCA2的电路相同，均是由施密特触发器、RS触发器、单稳态电路及或非门组成；由放大及单道分析电路中的放大器A输出的电信号S2、S5中的一路信号经电压比较器U1、U2比较后，分别与由U10A、U10B及U9A、U9B组成的两施密特触发器的输入端相联，由施密特触发器U10A的3脚及U9A的6脚输出的电信号分别与RS触发器的R、S端相联；并由施密特触发器的3脚输出的电信号与由U10C、U10D组成的单稳态电路的输入端相联，由U10D的11脚输出的电信号与由RS触发器的Q端输出的电信号一起与或非门U5A的输入端相联，由其输出电信号。
另在计算机的计算软件中含有两计算公式η=[Ln(No/Nk)/D(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面气相所占的相对截面即含气率，No、No′分别表示低、高能束γ射线源强计数率(即不穿过介质时)，Nk、N′k分别表示低、高能束γ射线穿过被测介质的计数率，μw、μw′分别表示低、高能束γ射线穿过原油中含水对其产生吸收的吸收系数，μp、μp′分别表示低、高能束γ射线穿过原油时油对其产生吸收的吸收系数，D表示测量间隙中的被测介质的厚度；μw、μw′、μp、μp′对一种不变的介质为常数，可通过现场标定得出。
本实用新型相比现有技术具有如下优点
1、本实用新型利用射线发生器内的γ射线源发射的γ射线轰击靶金属片产生次级X射线，并由反射体反散射产生散射γ射线的方法来产生两种能量不同的γ射线，两种不同能级的γ射线穿过同一测量间隙的被测介质，由于同一介质对两种不同能级的射线的吸收系数不同，因而其穿过介质由闪烁体探测的能量也不同，其计数也就不同，从而通过计算机的处理即可得出含水率。
2、本实用新型由于采用穿过相同介质的方法测量含水率及含气率，因而含水率和含气率是一致并相关的；因此在测量断面上，气相分布的不均匀性和液相中油和水相对含量分布的不均匀性均不影响其测量结果。
3、本实用新型的含水率测量精度可达±2％，最高含气率可测至50％。
本实用新型的具体结构由以下附图给出
图1是本实用新型的结构示意图1-测量管道 2-测量间隙 3-射线发生器 4-射线探测器5-射线发射源 6-靶金属片 7-反射体 8-准直空板 9-防腐罩10-屏蔽罩11-闪烁体 12-光电倍加管 13-辅助电路 14-铍窗15-放大及单道分析电路16-增益稳定电路17-计数接口电路18-计算机19-D/A转换器图2是本实用新型放大器A的电路图图3是本实用新型的单道分析器(两路)电路图本实用新型还将结合附图1实施例作进一步详述参照图1，一种三相原油含水仪，含有测量管道1、射线发生器3、射线探测器4、计算机18等，射线发生器3、射线探测器4、计算机18均可采用现有产品，射线探测器4由闪烁体11、光电倍加管12及其辅助电路13组成；在测量管道1的测量间隙的外壁径向对称位置分别装有射线发生器3和射线探测器4；射线发生器3产生的高、低两种能量的γ射线由射线探测器4的Na(T1)闪烁体11接收变为两种强度的光信号，闪烁体11的光信号输入至光电倍加管12，由光电倍加管12产生的电信号与信号处理电路相联；信号处理电路是由放大及单道分析电路15、增益稳定电路16、计数接口电路17、计算机18、D/A转换器19组成；由光电倍加管12及其辅助电路13输出的电信号S1与放大及单道分析电路15中的放大器A相联，由放大器A输出的放大信号S2、S5分别与放大及单道分析电路15中的单道分析器SCA1和增益稳定电路16中的单道分析器SCA2相联，由单道分析器SCA1、SCA2输出的电信号均与计数接口电路17相联，并与计算机18相联；由计算机18输出的数字信号经D/A转换器19转换后，由运算放大器IC放大输出与高压电源HV相联，并与光电倍加管12的输助电路13相联。参照图2，信号处理电路中的放大及单道分析电路15中的放大器A是由三极管T4、T5组成的差分放大电路、三极管T2、电阻R9、R5、R6、二极管D2组成的共基极放大电路、三极管T3、T1组成的射极跟随器等组成；由射线探测器4输出的电信号S1通过电阻R10与放大器A的差分放大电路中的三极管T4的基极相联，三极管T4的集电极输出电信号与共基极放大电路的三极管T2的射电极相联；三极管T2的集电极输出电信号与射极跟随器的三极管T3的基极相联，由三极管T1的集电极经电阻R3、R2、电容C1输出电信号S2、S5。参照图3，信号处理电路中的单道分析器SCA1、SCA2的电路相同，均是由施密特触发器、RS触发器、单稳态电路及或非门组成；由放大及单道分析电路15中的放大器A输出的电信号S2、S5中的一路信号经电压比较器U1、U2比较后，分别与由U10A、U10B及U9A、U9B组成的两施密特触发器的输入端相联，由施密特触发器U10A的3脚及U9A的6脚输出的电信号分别与RS触发器的R、S端相联；并由施密特触发器的3脚输出的电信号与由U10C、U10D组成的单稳态电路的输入端相联，由U10D的11脚输出的电信号与由RS触发器的Q端输出的电信号一起与或非门U5A的输入端相联，由其输出电信号。在计算机18的计算软件中含有两计算公式η=[Ln(No/Nk)/D(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>输出λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面气相所占的相对截面即含气率，No、No′分别表示低、高能束γ射线源强计数率(即不穿过介质时)，Nk、N′k分别表示低、高能束γ射线穿过被测介质的计数率，μw、μw′分别表示低、高能束γ射线穿过原油的含水对其产生吸收的吸收系数，μp、μp′分别表示低、高能束γ射线穿过原油时油对其产生吸收的吸收系数，D表示测量间隙2中的被测介质的厚度；μw、μw′、μp、μp′对一种不变的介质为常数，可通过现场标定得出。
对公式(1)、(2)中的μw、μp、μ′w、μ′p的标定，可通过如下方法测定；当被测介质为全油时，μw、μ′w为0、η＝0、λ＝0，则解(1)、(2)公式得出
式中N油、N′油分别表示低能级和高能级的γ射线穿过全油介质时的计数率。当被测介质全水时，μp、μ′p为0，η＝1，λ＝0，则解(1)、(2)公式可得出
，式中N水、N′水分别表示低能能级和高能级γ射线穿过全水介质时的计数率。通过现场标定的吸收系数，则可适于该现场的油品的测量，也可作为常数。
本实用新型的工作原理如下由γ射线源5发射的γ射线轰击靶金属片6产生次级κ射线；一部分γ射线被反射体7产生散射γ射线；次级κ射线和散射γ射线一起通过准直孔板8和防腐罩9进入测量间隙2，穿过被测介质后强度衰减，然后通过探测器4前的防腐罩9、敏窗14被探测器4的Na(T1)闪烁体11接收成为光信号，由光电倍加管12转换成电信号。由其辅助电路13输出的电信号S1输到放大器A的输入端，通过电阻R10至三极管T4的基极。经由T4、T5构成的差分放大电路放大倒相后由T4的集电极输出正极性脉冲至T2的发射极。T2、R9、R5、D2和R6构成单管共基极放大电路。信号经二次放大后由T2的集电极输出正极性脉冲至T3的基极。T3、T1构成一射极跟随器，最后由T1的集电极经电阻R3、R2、电容C1输出正极性的输出脉冲。为提高放大器A的稳定性，接入电阻R1构成的电压并联式负反馈。C3、R7和R8构成“自举”电路以提高T2放大级开环增益。由放大器A输出的正极性脉冲信号S2或S5同时输入到电压比较器U1、U2。当输入脉冲的幅度既≥U1的参考电平(由W4提供)，又≥U2的参考电平(由W3提供)时，比较器U1输出一负脉冲，经下施密特触发器(U10A、U10B)成形后由U10A的3脚输出一正脉冲到RS触发器的R端。而比较器U2输出的负脉冲，经上施密特触发器(U9A、U9B)成形后由U9A的6脚输出一负脉冲到R3触发器的S端。同时，下施密特触发器的3脚输出的正脉冲经微分后触发单稳态电路(U10C、U10D)，由U10D的11脚输出一负脉冲到或非门U5A的一个输入端；由U10C的8脚输出一正脉冲到RS触发器的R端。RS触发器的Q输出端连接到或非门U5A另一个输入端。在上下施密特触发器均被触发的情况下，根据上述信号连接关系，RS触发器的输入端为S＝0，R＝1，故其Q输出端为1。而或非门U5A的输入为1、0，其输出为0，即无输出脉冲信号。当仅有下施密特触发器被触发时，RS触发器的输入端为S＝0，R＝0，故Q＝0。或非门U5A的输入为0、0，其输出为1，即产生一个输出脉冲。
权利要求1.一种三相原油含水仪，含有测量管道(1)、射线发生器(3)、射线探测器(4)、计算机(18)等；其特征是在测量管道(1)的测量间隙的外壁径向对称位置分别装有射线发生器(3)和射线探测器(4)；射线发生器(3)产生的高、低两种能量的γ射线由射线探测器(4)的闪烁体(11)接收变为两种强度的光信号，闪烁体(11)的光信号输入至光电倍加管(12)，由光电倍加管(12)产生的电信号与信号处理电路相联；信号处理电路是由放大及单道分析电路(15)、增益稳定电路(16)、计数接口电路(17)、计算机(18)、D/A转换器(19)组成。
2.如权利要求1所述的三相原油含水仪，其特征是由光电倍加管(12)及其辅助电路(13)输出的电信号S1与放大及单道分析电路(15)中的放大器A相联，由放大器A输出的放大信号S2、S5分别与放大及单道分析电路(15)中的单道分析器SCA1和增益稳定电路(16)中的单道分析器SCA2相联，由单道分析器SCA1、SCA2输出的电信号均与计数接口电路(17)相联，并与计算机(18)相联；由计算机(18)输出的数字信号经D/A转换器(19)转换后，由运算放大器IC放大输出与高压电源HV相联，并与光电倍加管(12)的输助电路(13)相联。
3.如权利要求2所述的三相原油含水仪，其特征是信号处理电路中的放大及单道分析电路(15)中的放大器A是由三极管T4、T5组成的差分放大电路。三极管T2。电阻R9、R5、R6、二极管D2组成的共基极放大电路、三极管T3、T1组成的射极跟随器等组成；由射线探测器(4)输出的电信号S1通过电阻R10与放大器A的差分放大电路中的三极管T4的基极相联，三极管T4的集电极输出电信号与共基极放大电路的三极管T2的射电极相联；三极管T2的集电极输出电信号与射极跟随器的三极管T3的基极相联，由三极管T1的集电极经电阻R3、R2、电容C1输出电信号。
4.如权利要求2所述的三相原油含水仪，其特征是信号处理电路中的单道分析器SCA1、SCA2的电路相同，均是由施密特触发器、RS触发器、单稳态电路及或非门组成；由放大及单道分析电路中的放大器A输出的电信号S2、S5中的一路信号经电压比较器U1、U2比较后，分别与由U10A、U10B及U9A、U9B组成的两施密特触发器的输入端相联，由施密特触发器U10A的3脚及U9A的6脚输出的电信号分别与RS触发器的R、S端相联；并由施密特触发器的3脚输出的电信号与由U10C、U10D组成的单稳态电路的输入端相联，由U10D的11脚输出的电信号与由RS触发器的Q端输出的电信号一起与或非门U5A的输入端相联，由其输出电信号。
5.如权利要求1、2所述的三相原油含水仪，其特征是在计算机(18)的计算软件中含有两计算公式η=[Ln(No/Nk)/D-(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面气相所占的相对截面即含气率，No、No′分别表示低、高能束γ射线源强计数率(即不穿过介质时)，Nk、N′k分别表示低、高能束γ射线穿过被测介质的计数率，μw、μw′分别表示低、高能束γ射线穿过原油中含水对其产生吸收的吸收系数，μp、μp′分别表示低、高能束γ射线穿过原油时油对其产生吸收的吸收系数，D表示测量间隙(2)中的被测介质的厚度；μw、μw′、μp、μp′对一种不变的介质为常数，可通过现场标定得出。
专利摘要本实用新型涉及一种三相原油含水仪,含有测量管道、射线发生器、射线探测器、计算机等;在测量管道的测量间隙的外壁径向对称位置分别装有射线发生器和射线探测器;射线发生器产生的高、低两种能量的γ射线由射线探测器的闪烁体接收变为两种能量的光信号,闪烁体的光信号输入至光电倍加管,由光电倍加管产生的电信号与信号处理电路相联;该含水仪测量精度高、含气率可测至50%。
文档编号G01N23/22GK2284395SQ9624027
公开日1998年6月17日 申请日期1996年11月6日 优先权日1996年11月6日
发明者孙锡军, 李光伟, 晏太来 申请人:中国科学院近代物理研究所