专利名称：一种原油贮罐的全范围检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于对油田贮油罐中原油液量的计量和检测装置，特别涉及一种能对贮油罐中的原油、污水、污泥进行全范围检测的装置。
油田从油井采得的原油经过去杂质、脱水工艺后，成为合格的商品原油，被注入各个贮油罐中，以待外输或调运。由于去杂、脱水不彻底，随着时间推移，会在贮油罐底部沉积一层厚度约10cm-50cm的污泥，上面还有一段污水，污水上面的才是原油。由于油田要随时了解采油厂的产量，因此一般需三至四个小时就要对贮油量测量一次。而目前的测量方法是由工人爬上油罐，从人工口用绳子或卷尺吊个重物对油量进行测量(到罐顶的距离)，费力且不准确。近几年有人利用超声波测距法代替人工测量，也有将静压式压力传感器(即通常的液深探头)沉到罐底附近，直接测量油位的高度。这种方法测试精度虽然较高，但还存在严重不足，首先是压力探头不能沉到最底部，否则污泥会堵塞传递孔，其次，由于测得的数据是探头以上直至油面的高度，原油、污水、污泥各占多少则不得而知。所以要得到原油的确切数量不但必须知道油面的高度，还须了解油水界面的位置，多少年来这一问题一直未得到解决。在千吨级油罐中每厘米的高度容量有2M3，在万吨级油罐中则为4-8M3/厘米，而一般油罐下部的污水高度在0.5-2M间，因此照目前的测量方法是非常不准确的。为测到油水界面，有人企图用微波传感器在油罐底部被反复提升和下降2m左右，从而找到油水界面，但考虑到误差太大而没有采用。因此，目前还没有找到解决该问题的好方法。
本实用新型的目的在于提供一种不但能测出贮油罐中的油水界面位置，同时能对原油、污水、污泥的含量进行全范围测量的检测装置。
为实现该目的，本实用新型采用一个栅状扫描传感器和液深检测探头相结合，将栅状扫描传感器垂直沉到油罐底部，通过它不断地上下扫描，利用不同介质有不同介电常数的原理，测出污泥、污水和油水界面的高度。
其具体技术方案为；一种原油贮罐的全范围检测装置，该装置包括栅状扫描传感器、控制电路及液深检测探头，其中栅状扫描传感器由栅状电容器和扫描电路封装在一起组成，栅状电容器由一个公共电极和一组形状和尺寸一样的栅状段电极组成，各段电极和公共电极之间有一层绝缘层与介质相接触，扫描电路包括几组各由一个计数器和多路模拟开关组成的段电极选择电路、与模拟开关输出端相连接的振荡电路以及一个总计数器，总计数器的各位输出端分别通过门电路与各组段电极选择电路输入端相连接，各多路模拟开关接栅状电容器的相应段电极，控制电路中的时钟振荡器接分频电路，分频电路输出端通过门电路接用于对被扫描中的段电极数进行计数的扫描记录计数器，同时通过门电路接扫描电路中的段电极选择电路输出同步扫描信号，扫描电路中的振荡电路输出端通过门电路接控制电路中的振荡频率计数器，振荡频率计数器输出端接锁存器，锁存器接数字比较器，数字比较器的另一端接置数开关。
在段电极选择电路的门电路之前通过光耦接控制电路的同步扫描信号输出端，扫描电路中振荡电路输出端也通过光耦接控制电路。
在扫描记录计数器上接有高度预值置数开关。
对于一个电容器来说，在其几何尺寸、制造材料一定时，其电容量的大小取决于被测介质的介电常数ε。本实用新型用一个栅状扫描传感器和控制电路及液深检测探头相结合，通过不断地扫描垂直沉到油罐底部的栅状电容器段电极，接通不同的段电极，扫描电路中的振荡电路就会产生相应频率的振荡信号，对信号频率进行计数，由控制电路与预置数值相比较，由比较结果就可得知哪个段电极处于油水界面位置，并结合该段电极在栅状电容器中所处的位置，即可得出原油的高度，基于同样道理，也可得出污水及污泥各自的高度，从而实现全范围检测。相对于现有的检测方法来说，利用实用新型进行检测省时、省力，检测精度高。
以下结合附图并通过实施例进一步说明本实用新型
图1为栅状扫描传感器和液深检测探头在贮油罐中的安装位置示意图2为栅状电容器的结构示意图；图3为栅状电容器的一部分与扫描电路的连接示意图；图4为扫描电路原理图；图5为控制电路原理图；图6为控制电路的时序图。
实施例，如图1所示，栅状电容器和扫描电路封装在一起组成了栅状扫描传感器10，垂直沉到贮油罐1底部，在传感器的一定部位安装液深检测探头2，栅状扫描传感器通过传输线7与控制电路8相连接，图中所示原油3、污水4、污泥5、油水界面6反映了贮油罐内的分布状态。
栅状电容器是一个个尺寸一样的电容器垂直排列起来呈栅状的电容器组，A001、A002……Ax这些顺序号代表每个电容的一个电极，它们的尺寸和间距都一样，我们称它们为段电极，在它们的对面是连在一起的公共电极9，段电极与公共电极9之间有绝缘层，每一段电极与公共电极都组成一个电容器，每个段电极互不相连，而都分别顺序地与扫描电路的16选一模拟开关相连。本实施例中，每节段电极的宽度为0.9cm，间距为0.1cm。哪段段电极与模拟开关实际接通，要看模拟开关输入端A、B、C、D数据而定，不同输入信号接通不同的段电极，连接不同的电容Cx，Cx的大小要由该电极与公共电极之间的介质的ε而定，所以检测介质的ε，就变成检测振荡器的振荡频率的大小了。而被测介质的介电常数是依赖于含水率的，根据现场测试，原油(含水0.5％)的介电常数εy比污水(含原油3％以下)的介电常数εs小30-40倍，所以段电极的电容量在油水界面上下的差别是很大的。油罐底部污泥的介电常数居二者之间。在检测过程中，从第一段A001到A002……Ax按顺序检测每个电容器的容量大小，当检测到某一段如A101突然变小，说明该位置是油水界面，这里距底部为100个电容器高度，再结合固定在传感器某一段电极位置(如A200处)的液深检测探头检测出的探头以上直到原油油面的高度h，就可得出原油总厚度为h+(A200-A100)，而每个段电极的尺寸是已知的。
图4为传感器扫描电路原理图，在该图中，16-0，16-1……16-9即图3中的栅状段电极，U12、U13……U21即16选1模拟开关，M041、M042……M050为振荡电路，与模拟开关输出端相连接，U22-U26是分频计数器，其作用是将振荡频率降低为稳定的计数脉冲，通过光耦GH02-GH06从端子④输出给控制电路端子③，端子②是清零端，当控制电路送来正脉冲时，计数器U1-U11呈“零”状态。这时U1的Qo输出为高电平，它使M02、M09的输出端为高电平，M05为低电平，而U2仍为“0”状态，即输出端A＝B＝C＝D＝0，同时M05使U12进入选择状态，由于输入信号为“0”，所以实际接通第1段电容电极A001，而M09的高电平，使M041进入振荡状态，并通过U22分频，GH02的转换，从端子④开始输出振荡信号即代表A001段电容容量的信号，当端子③从控制电路端子①送来第一个同步脉冲信号时，通过GH01、M01、M02使U计数器计为“0001”状态，这时U12的第1脚，又和段电极A002接通而与A001断开，M041、M042通过GH02向端子④送出代表A002的信号到控制电路。同样从端子③送入第2个脉冲，端子④又输出了代表A003段电容的信号…送来第15个脉冲U12接通第A016段电容，直到送入第16个脉冲，U2输出变为“0”状态，同时在其进位端Co处，输出一个正电平，给U1一个进位脉冲，使U1的Qo变低，Q1变为高电平，这时M02输出变为低电平，M05输出变为高电平，使U12处于全关闭状态，相反由于M04输出变高，M06的输出电平变低，U13进入工作状态，它的输出接通了A017段电容电极，端子④又输出代表A017电容的振荡信号，如此下去，直到将最后一段电极的信号送出后，返回到“0”状态，该电路作为传感器的一部分，被封装于传感器中。
图5为控制电路原理图，主要功能是产生并记录同步扫描信号和测试并判断各段电容的电容量大小，即由此而产生的振荡信号频率的大小。图中M1、M2及其相关元件组成时钟振荡器，经U1、U2分频在U2的第2，3脚分别得到2HZ和1HZ的信号，波形如图6中的U2-2和U2-3的形状，U2-3信号经M14、M11、M12使扫描记录计数器U4-6进行加法记数，其计数值代表了传感器中被扫描中的段电极的高度，同时，每输入一个脉冲，从M13和光耦GH1通过端子①向扫描电路的端子③也送去一个脉冲，使二者同步转换，在传感器中选中相应电容后产生的振荡信号，经传输线返回到本电路的端子③，经光耦GH2送给控制门M17，M17的门控信号由M16产生(见图6)，它的高电平脉冲在周期信号T的第三个T/4时间内，目的是为了当某段电容被选中后，先经半个周期T/2时间使振荡频率稳定后，在第三个T/4再打开控制门M17，将信号送给计数器U9、U10、U11进行记数。在同样的时间内，计数值大，表示频率高(介质的ε小)，反之一样。U12、U13、U14为寄存器，分别为个位、十位、百位数据，它们的输入端分别连结U9-11，输出端送给数字比较器U15、U16、U17，从图6可见，M16开门信号结束后(即U9计数完毕)的脉冲下降沿，通过M18送单稳态电路U7-1使之产生一段延迟时间后，由U7-2送出一个窄脉冲，经M20反相，打开寄存器U12-14的输入门，将这次U9-11的计数结果锁存到寄存器中，以备处理，直到下个周期再行更换，当数据锁存后，再经过一段时间τ，由U8和M19将计数器U9、U10、U11进行清“0”，以备下个周期重新计数。
U15、U16、U17为数字比较器，它的个、十、百位的A一方是U12、U13、U14的输出端，另一方B是置数开关KB-12，比如要测油水界面的高度，将开关按个、十、百位置数。本实施例中，实测污水计数值为“106”，而纯原油计数为“231”可将KB-12置“180”。这样凡是A方数值大于或等于“180”者，则判为原油，小于此值则为污水。M21-M24为判别电路，一旦出现A≥B，说明为界面位置，由Y输出端输出信号，向与本装置配套的扫描高度显示电路SCR输出高度数值信号并送运算电路处理。
KB-12还可再联接一组开关(图中未画出)，用同样办法检测污泥和污水的界面高度。
KA-12是为了当传感器不直接插入到油罐底部，而设置的高度预置值开关。
U3和M3、M4、M6-M10以及开关K1、K2是自动、手动转换用的；当K1拨到“1”位置，按K2可以手动检测。
权利要求1.一种原油贮罐的全范围检测装置，其特征在于，该装置包括栅状扫描传感器、控制电路及液深检测探头，其中栅状扫描传感器由栅状电容器和扫描电路封装在一起组成，栅状电容器由一个公共电极和一组形状和尺寸一样的栅状段电极组成，各段电极和公共电极之间有一层绝缘层与介质相接触，扫描电路包括几组各由一个计数器和多路模拟开关组成的段电极选择电路、与模拟开关输出端相连接的振荡电路以及一个总计数器，总计数器的各位输出端分别通过门电路与各组段电极选择电路输入端相连接，各多路模拟开关接栅状电容器的相应段电极，控制电路中的时钟振荡器接分频电路，分频电路输出端通过门电路接用于对被扫描中的段电极数进行计数的扫描记录计数器，同时通过门电路接扫描电路中的段电极选择电路输出同步扫描信号，扫描电路中的振荡电路输出端通过门电路接控制电路中的振荡频率计数器，振荡频率计数器输出端接锁存器，锁存器接数字比较器，数字比较器的另一端接置数开关。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在段电极选择电路的门电路之前通过光耦接控制电路的同步扫描信号输出端，扫描电路中振荡电路输出端也通过光耦接控制电路。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在扫描记录计数器上接有高度预值置数开关。
4.如权利要求1或2或3所述的检测装置，其特征在于，控制电路中设有手动/自动转换开关。
专利摘要本实用新型涉及一种油田贮油罐的全范围检测装置,采用一个栅状扫描传感器和控制电路及液深检测探头相结合,将栅状扫描传感器垂直沉到油罐底部,通过它不断地上下扫描垂直沉到油罐底部的栅状电容器段电极,接通不同的段电极,扫描电路中的振荡电路就会产生相应频率的振荡信号,对信号频率进行计数,由控制电路与预置数值相比较,由比较结果就可得知哪个段电极处于油水界面位置,并结合该段电极在栅状电容器中所处的位置,从而得出原油的高度。相对于现有的检测方法来说,利用本实用新型进行检测省时、省力且检测精度高。
文档编号G01F23/76GK2341131SQ9821581
公开日1999年9月29日 申请日期1998年6月19日 优先权日1998年6月19日
发明者耿连瑞, 乔彦超, 赵文胜 申请人:耿连瑞