專利名稱:油罐原油含水率測定儀的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于一種測試儀器,特別涉及一種油罐原油含水率測定儀。
在石油、化工工業(yè)中廣泛采用各種油罐,都存在一個急待解決的技術問題-即如何檢測并控制油罐中油與水的含量,油水界面等問題。目前的監(jiān)測儀器,一種是油田上使用的油水界面儀,該儀器由傳感器、控制儀表和執(zhí)行機構組成,傳感器內(nèi)裝有電路,并通過導管與探頭相連,控制儀表通過導線與傳感器相聯(lián),控制輸出驅動信號,使執(zhí)行機構用來進行放水處理。這種儀器是用來監(jiān)測油罐固定位置含水率變化的,因而不能多點監(jiān)測,如果想多點監(jiān)測,必須在油罐不同位置安裝多個傳感器,但因受造價影響、罐體性能的限制,傳感器不能安裝過多,況且安裝也相當麻煩,此外,長期工作因探頭結垢影響監(jiān)測精度且不易清洗;另一種儀器為便攜式儲油罐測試儀,它由傳感器和通過信號線與其相聯(lián)的指針式電流表構成,測量時將儀器帶上油罐頂部,將探頭放入油罐中進行測量,這種儀器操作需要二人才能完成,傳感器因粘油影響測試精度和穩(wěn)定性,而指針式表頭視差誤差又大。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處,提供一種既能測量油罐不同位置的剖面分層含水率、及監(jiān)測固定界面并有驅動信號輸出,還可作為液面儀使用且測試穩(wěn)定、工作安全可靠、使用時安裝方便的油罐原油含水率測定儀。
本發(fā)明的技術解決方案是它由傳感器、控制傳感器升降的機構傳動升降機構、顯示控制儀表及接在傳感器和顯示控制儀表之間的I/V轉換器四個部分組成。
所說的傳感器內(nèi)安裝有微電機,在微電機的轉軸上安裝有偏心輪,以使微電機工作時,傳感器外部產(chǎn)生機構振蕩,達到粘在傳感器上的油與傳感器分離的目的,在傳感器內(nèi)還安裝有短波振蕩電路,其發(fā)射端通過導線與傳感器發(fā)射體相聯(lián)。
所說的機構傳動升降機構,由電機帶動的皮帶輪、齒輪和蝸桿、蝸輪組成的三級減速機構,與蝸輪同軸的纏繞有一端固定在傳感器上的鋼絲繩的磙輪,及與蝸桿連接的光柵盤、紅外線對管構成。
所說的I/V轉換器通過電纜接在傳感器和顯示控制儀表之間,用于將電源電壓轉換為低電源電壓給傳感器供電,以保證油罐安全,同時將傳感器輸出的電流信號轉換成電壓信號送給顯示控制儀表。
所說的顯示控制儀表由調(diào)零電路、放大電路、A/D電路、線性化處理電路、含水率顯示電路及譯碼電路、聲光報警電路和驅動電路,接在調(diào)零電路輸出端的比較電路和電機控制電路、與紅外線對管相聯(lián)的計數(shù)器和高度顯示電路組成,I/V轉換器輸出的電壓信號經(jīng)調(diào)零電路、放大電路放大后,一路經(jīng)A/D電路,送到線性化處理電路,以使傳感器輸出的信號與油中含水率及時跟蹤并經(jīng)含水率顯示電路準確直觀的顯示傳感器所在位置的含水率數(shù)值,經(jīng)線性化處理電路輸出的電壓信號還傳給譯碼電路,當含水率達到給定的極限值時,譯碼電路輸出高電平,使聲光報警電路工作,同時驅動電路輸出驅動信號;另一路送到比較電路,當傳感器高出油面時,比較電路動作,又使電機控制電路動作,進而使電機停轉,而由紅外線對管、計數(shù)器和高度顯示電路構成液面顯示電路,既可顯示傳感器所在位置高度,以便與該高度位置的含水率相對應,又可顯示液面高度。
根據(jù)上述的油罐原油含水率測定儀,所說的傳感器中的發(fā)射體由階梯狀圓柱形的金屬材料制成且其表面涂敷有聚四氟乙稀層,以防止發(fā)射體表面腐蝕。
根據(jù)上述的油罐原油含水率測定儀,所說的傳感器中的發(fā)射體罩上開有排油孔。
在上述的顯示控制儀表中,在線性化處理電路的輸出端接有D/A電路、模擬輸出電路,用于將線性化處理電路處理的數(shù)字信號變?yōu)槟芘c計算機、打印機聯(lián)機的模擬電流信號。
由于頻率幅度一定的電磁波,在發(fā)射體和接收體之間的距離一定的條件下,電磁波通過不同介質(zhì)而被介質(zhì)吸收的能量不同,傳感器輸出的電流信號也就不同,這種變化的電流信號通過信號電纜,I/V轉換器送到顯示控制儀表,則能顯示準確的含水率數(shù)值,又可作為固定界面監(jiān)測。
本發(fā)明的優(yōu)點在于可防止傳感器表面粘油,從而提高測試精度和穩(wěn)定性,而利用短波吸收原理和該顯示控制儀表,可測油罐不同位置的含水率,又能作為固定油水界面監(jiān)測并有驅動信號輸出,還可作為液面儀使用,因而可達到一機多用的使用效果并可與計算機、打印機聯(lián)機打印出含水率曲線和有關數(shù)據(jù),且顯示數(shù)值準確直觀,工作安全可靠,使用時安裝方便。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明
圖1是本發(fā)明的電路方框圖;
圖2是本發(fā)明中傳感器結構示意圖;
圖3是本發(fā)明中傳感器中短波振蕩電路原理圖;
圖4、圖5是本發(fā)明中機構傳動升降機構結構示意圖;
圖6是本發(fā)明中I/V轉換器電路原理圖;
圖7是本發(fā)明實際接線圖;
如圖1、圖2和圖3所示,本發(fā)明有一個傳感器裝置1,所說的傳感器裝置有一個由外罩18B和118D及與上述外罩分別通過螺紋連接的外罩接頭體118A、118C構成的傳感器外罩118,其螺紋連接處涂有密封膠(厭氧膠),以起到密封作用,在外罩118D內(nèi)裝有一個電路盒111,在電路盒111的右端澆注有密封膠形成密封緊固層112,在外罩118D的內(nèi)壁右端安裝有一個中部開有二個用于引出導線116和鋼絲繩115的通孔的封頭114并通過防轉銷固定,所說的鋼絲繩115的左端固定在封頭114上,在外罩118D的右端通過螺紋連接有一個中部開有通孔的螺帽113,以將封頭114緊固在外罩118D上,在外罩118B內(nèi)壁左部加工有一個卡臺,在外罩118B內(nèi)安裝有微電機109,在微電機109轉軸上安裝偏心輪108,在外罩118B內(nèi)微電機109兩側與上述卡臺和接頭體118C之間分別安裝有內(nèi)墊圈107和110,以將電機109固定在外罩118B內(nèi),所說的外罩接頭體118A左內(nèi)壁上加工有臺階,在外罩接頭體118A內(nèi)插裝有一個由白鋼(也可采用低碳鋼或銅)制成且表面涂敷聚四氟乙稀構成保護層的階梯狀圓柱形的發(fā)射體103,以防止其表面被油腐蝕,在發(fā)射體103和接頭體118A之間安裝有絕緣接頭體104,所說的絕緣接頭體104右端內(nèi)壁和接頭體118A之間通過螺紋連接,其間涂密封膠,在絕緣接頭體104上開有環(huán)形凹槽104A,在凹槽104A內(nèi)安裝有密封膠圈105,以起到密封作用,在發(fā)射體103右端還安裝有起緊固作用的螺母113和墊圈,在接頭體118A的左部通過外螺紋連接有發(fā)射體罩102和屏蔽罩101,所說的發(fā)射體罩102上開有排油孔102A,以將粘在發(fā)射體103上的油通過排油孔102A迅速排出,所述的電路盒111內(nèi)為短波發(fā)生器,它產(chǎn)生頻率為4MHZ的振蕩波,其電路結構如圖3所示,它由電阻R11、電容C11~C15,反相器IC11~IC16、晶體振蕩器UF和二極管D11~D12構成,其中反相器IC16、IC11和IC12及IC12、IC14和IC15可采用二個74HC04,以增大集成電路供電電流,該電路111的發(fā)射端01通過導線與外罩118、發(fā)射體103電聯(lián)接,接收端01′與外罩118電聯(lián)接。
所說的機構傳動升降機構由電機208、電機三角皮帶輪207、三角皮帶輪206、齒輪軸205及直齒輪204、蝸桿203及蝸輪202、安裝在蝸輪202軸上的鋼絲繩磙輪201、與油罐中傳感器1相連的鋼絲繩115(211)、與蝸桿202安裝在同軸上的光柵盤209及安裝在與光柵盤209對應位置的紅外線對管210組成,其中皮帶輪207和206、齒輪205和204、蝸桿203及蝸輪202構成三級變速傳動機構,其傳動比1∶3×1∶2×1∶40,電機208正逆轉,鋼絲繩211伸縮,蝸桿203每轉一周,由紅外線對管209產(chǎn)生脈沖一次,而且磙輪201的周長為40mm,蝸輪202為40個齒,這樣,蝸桿203轉動一周,蝸輪202只轉動1/40,鋼絲繩211就控制1mm,而電機208采用過載、斷相、短路保護電路及防爆處理裝置。
所說的I/V轉換器3,其結構如圖4所示,在電源輸入端05、06通過防止反向的二極管D31、D32、穩(wěn)壓管D33和退耦電容C31、限流電阻R301、電阻R303和調(diào)壓電阻R304接有由放大器IC31和電阻R302、R305構成的負反饋放大器,并通過電阻R306接有由電阻R307~R311和放大器IC33構成的具有溫度補償性能的放大器,其中,電阻R308和熱敏電阻R310構成溫度補償電路,調(diào)壓電阻R307可調(diào)整放大器IC33輸出端02′電壓,而輸出端02′的輸出電壓為4V左右(小于5V),在調(diào)壓電阻R304和電阻R305的結點接有跟蹤器IC32,在跟蹤器IC32輸出端接有由放大器IC34、三極管BG31和電阻R312構成的二極放大電路,其中三極管BG31發(fā)射極與放大器IC33的輸出端02′相聯(lián)并通過二極管D34與放大器IC34輸入端相聯(lián),電容C32~C34為退耦電容,所說的I/V轉換器3的輸入端,即二級放大電路的輸入端03′和三極管BG1的發(fā)射極02′分別與短波發(fā)生器的二個輸出端03、02相聯(lián),所說的IC31-IC34可采用運放LM324;上述I/V轉換器3也可采用最大輸出電流為10mA的可調(diào)的恒流源。
在上述I/V轉換器3的輸出端04接有由調(diào)零電路401、放大電路402、A/D電路403、線性化處理電路404、含水率顯示電路410、接在線性化處理電路404輸出端的譯碼電路405、聲光報警電路406及驅動電路407和接在線性化處理電路和404輸出端的D/A電路411及模擬輸出電路412、接在調(diào)零電路401輸出端的比較電路408及電機控制電路409、與機構傳動升降機構2中的紅外線對管210相聯(lián)的計數(shù)器413、高度顯示電路414組成的顯示控制儀表4,所說的放大電路402用于將I/V轉換器3輸出的電壓信號放大,線性化處理電路404由事先編好線性化程序并固化的存貯器構成,以按線性化程序與傳感器1輸出電流的對應曲線關系進行顯示,含水率顯示電路410為三位LCD(數(shù)碼管)顯示,譯碼電路405中給定含水率極限值為60%、70%、80%、90%四個可供選擇值(對應四檔監(jiān)測選擇開關),供實際選擇,一旦監(jiān)測點含水率超過極限值,聲光報警電路406報警,同時驅動電路407輸出驅動信號(高電平),給外接的執(zhí)行機構,進行排水,D/A電路411、模擬輸出電路412用于將線性化處理電路404處理后的數(shù)字信號變?yōu)?~20mA的模擬電流信號,以便與計算機或打印機聯(lián)機,打印出有關含水率曲線和有關數(shù)據(jù);利用傳感器1在油中和在空氣中輸出電壓有很大差異的特點,以傳感器1在油中時調(diào)零電路401輸出電壓作為比較電路408基準電壓,當傳感器1升到油面時,比較電路408輸出高電平,使電機控制電路409動作,從而使電機208停轉,再按反轉按鈕后,傳感器1降至油中繼續(xù)監(jiān)測;同時由紅外線對管210、計數(shù)器413和高度顯示電路414構成的液面儀顯示傳感器所在位置高度,與含水率相對應,并可顯示液面高度。
實際使用時,將傳感器1經(jīng)人孔放入油罐中,而將I/V轉換器3接在油罐和顯示控制儀表4之間一半距離左右的位置,若油罐與監(jiān)測室的距離小于100米,I/V轉換器3也可放在顯示控制儀表內(nèi),升降機構2可采用微動開關或連動開關控制傳感器1升降;傳感器1垂直運動時,使微電機109運轉,以防傳感器1表面粘油,當傳感器1固定某一高度時,使微電機109停轉。
在測試時,I/V轉換器3將電源電壓轉換為小于5V的電源電壓給短波發(fā)生器111供電,短波發(fā)生器111發(fā)出的短波信號傳到發(fā)射體103→油層→發(fā)射體罩102→外罩118,被吸收,油水層作為短波發(fā)生器111負載,當油中含水率增大時→使短波發(fā)生器111中的集成電路IC11~IC16的供電電流增大→使I/V轉換器3的輸入端02′電壓增大,輸入端03′電壓減小,經(jīng)IC34反相輸入后,使其輸出端電壓增大→使I/V轉換器3輸出端電壓增大,送至顯示控制儀表4的輸入端;反之,若油中含水率減小時,I/V轉換器3的輸出端04電壓降低,再經(jīng)顯示控制儀表4,即可顯示對應高度的原油含水率,并可打印出有關曲線和數(shù)據(jù),若含水率超過給定的極限值,則譯碼電路405輸出高電平,使聲光報警電路406報警,同時,驅動電路407輸出驅動信號,使外接的執(zhí)行機構工作,進行排水處理;當傳感器1高出油面時,比較器408輸出高電平,通過電機控制電路409使升降機構2中的電機208停轉,通過手動按鈕,使其反轉后,可繼續(xù)監(jiān)測。
權利要求
1.一種油罐原油含水率測定儀,其特征在于,它由傳感器1、控制傳感器1升降的機構傳動升降機構2、顯示控制儀表4及接在傳感器1和顯示控制儀表4之間的I/V轉換器3四個部分組成,1.1).所說的傳感器1內(nèi)安裝有微電機109,在微電機109的轉軸上安裝有偏心輪108,在傳感器1內(nèi)還安裝有短波振蕩電路111,其發(fā)射端01通過導線與傳感器發(fā)射體103電聯(lián)接。1.2).所說的機構傳動升降機構2,由電機208、電機208帶動的皮帶輪207和206、齒輪軸205和直齒輪204、及蝸軒203和蝸輪202組成的三級減速機構,與蝸輪202安裝在同軸上的纏繞有與傳感器1相連的鋼絲繩115(211)的磙輪201,及與蝸桿202連接的光柵盤209、紅外線對管210構成。1.3).所說的I/V轉換器3通過電纜接在傳感器1和顯示控制儀表4之間、用于將電源電壓轉換為低電源電壓給傳感器1供電,同時將傳感器1輸出的電流信號轉換成電壓信號送給顯示控制儀表4。1.4).所說的顯示控制儀表4由調(diào)零電路401、放大電路402、A/D電路403、線性化處理電路404、含水率顯示電路410及接在線性化處理電路404輸出端的譯碼電路405、聲光報警電路406和驅動電路407,接在調(diào)零電路401輸出端的比較電路408和電機控制電路409、與紅外線對管210相聯(lián)的計數(shù)器413和高度顯示電路414組成,I/V轉換器3輸出的電壓信號經(jīng)調(diào)零電路401、放大電路402放大后,一路經(jīng)A/D電路403,送到線性化處理電路404,以使傳感器1輸出的信號與油中含水率及時跟蹤并經(jīng)含水率顯示電路410準確直觀的顯示傳感器1所在位置的含水率數(shù)值,經(jīng)線性化處理電路404輸出的電壓信號還傳給譯碼電路405,當含水率達到給定的極限值時,譯碼電路405輸出高電平,使聲光報警電路406工作,同時驅動電路407輸出驅動信號;另一路送到比較電路408,當傳感器1升到油面時,比較電路408動作,又使電機控制電路409動作,進而使電機208停轉,而由紅外線對管210、計數(shù)器413和高度顯示電路414構成液面顯示電路,用來顯示傳感器1所在位置高度及液面高度。
2.根據(jù)權利要求1所述的油罐原油含水率測定儀,其特征在于,所說的傳感器1中的發(fā)射體103由階梯狀圓柱形金屬材料制成,且表面涂敷有聚四氟乙稀構成保護層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的油罐原油含水率測定儀,其特征在于,所說的傳感器1中的發(fā)射體罩102上開有排油孔102A。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的油罐原油含水率測定儀,其特征在于,在所說的顯示控制儀表4中的線性化處理電路404的輸出端接有D/A電路411、模擬輸出電路412,用于將線性化處理電路404處理的數(shù)字信號變?yōu)槟芘c計算機、打印機聯(lián)機的模擬電流信號。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的油罐原油含水率測定儀,其特征在于,所說的I/V轉換器3,由防止反向的二極管D31、D32、穩(wěn)壓管D33和退耦電容C31~C34、限流電阻R301、電阻R303和調(diào)壓電阻R304、由放大器IC31和電阻R302、R305構成的負反饋放大器,電阻R306,由電阻R307~R311和放大器IC33構成的具有溫度補償性能的放大器,其中,電阻R308和熱敏電阻R310構成溫度補償電路,調(diào)壓電阻R307可調(diào)整放大器IC33輸出端02電壓,接在調(diào)壓電阻R304和電阻R305的結點的跟蹤器IC32,接在跟蹤器IC32輸出端的由放大器IC34、三極管BG31和電阻R312構成的二級放大電路,其中三極管BG31發(fā)射極與放大器IC33的輸出端02′相聯(lián)并通過二極管D34與放大器IC34輸入端相聯(lián),所說的二極放大電路的輸入端03′和三極管BG1的發(fā)射極02′即為該I/V轉換器3的輸入端,所說的三極管BG31的集電極04即為該I/V轉換器的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油罐原油含水率測定儀,它由傳感器、控制傳感器升降的機構傳動升降機構、顯示控制儀表及接在傳感器和顯示控制儀表之間的I/V轉換器四個部分組成,所說的傳感器內(nèi)安裝有微電機、偏心輪及短波振蕩電路,其發(fā)射端通過導線與傳感器發(fā)射體相聯(lián),所說的機構傳動機構由三級減速機構及光柵盤、紅外線對管構成。其優(yōu)點是可防止傳感器表面粘油,從而提高測試精度和穩(wěn)定性,并可測油罐不同位置的含水率,又能作為固定油水界面監(jiān)測并有驅動信號輸出,還可作為液面儀使用。
文檔編號G01N27/00GK1087172SQ9211188
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月20日 優(yōu)先權日1992年11月20日
發(fā)明者崔長林, 朱廣升, 馬海, 朱潤山, 王家桐 申請人:錦州電子應用技術研究所