專利名稱：一種勵磁部件偏置安放的方法及電磁流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田注水流量測量的外流道式井下電磁流量傳感器領(lǐng)域。
石油井的井下注水流量測量要求測出全井不同深度位置的流量值，即不同深度“測量斷面”的流量值。對于井下電磁流量傳感器，其磁極、電極所處的平面就是對流量值敏感的“測量斷面”。
現(xiàn)有外流道式井下流量計(jì)的弱點(diǎn)是驅(qū)動磁場強(qiáng)度低，傳感器靈敏度低。英國專利(GB2256490A)提出的外流道式流量計(jì)，其“表面磁場強(qiáng)度典型值為6高斯”。由于該磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)低于同尺寸地面內(nèi)流式電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)采用的場強(qiáng)(數(shù)百高斯)，使井下流量計(jì)的流量測量信號幅度很小，噪聲大，零點(diǎn)漂移大。磁場強(qiáng)度偏低的原因是井下流量計(jì)外徑小(φ38mm)，傳感器可用的空腔尺寸小(耐高壓強(qiáng)的儀器空腔≤φ30mm)?，F(xiàn)有井下流量計(jì)將勵磁線圈、勵磁鐵芯、磁極、測量電極、激勵部件與測量部件間的屏蔽都設(shè)計(jì)在同一個儀器斷面內(nèi)(英國專利GB2256490A；中國專利申請97107334.1)，由于可容納的勵磁線圈圈數(shù)少，勵磁鐵芯截面積小，只能產(chǎn)生很弱的外部場強(qiáng)，故測量精度不高。
本發(fā)明的目的在于提供外流道式電磁流量傳感器勵磁線圈和勵磁鐵芯(以下合稱勵磁部件)偏置安放的方法及采用本方法制備的電磁流量傳感器。
采用本發(fā)明，使井下電磁流量傳感器在小外徑尺寸(φ38mm)條件下，能產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，采用偏置安放勵磁部件可將場強(qiáng)提高10倍左右，使井下流量計(jì)的整體技術(shù)性能得到顯著提高。
本發(fā)明的勵磁偏置安放的方法是將電磁流量傳感器的勵磁部件設(shè)置在磁極、電極構(gòu)成的測量斷面以外。一種是將勵磁部件平移離開該測量斷面設(shè)置；另一種是將勵磁部件移開并旋轉(zhuǎn)90°，垂直于該測量斷面設(shè)置。
采用本發(fā)明的勵磁偏置安放方法制備的電磁流量傳感器，將勵磁部件平移離開測量斷面設(shè)置，可構(gòu)成平移偏置勵磁的電磁流量傳感器。它包括勵磁線圈、勵磁鐵芯、兩個或兩組異性磁極、與磁極數(shù)相等的電極數(shù)。
采用本發(fā)明的勵磁偏置安放方法制備的電磁流量傳感器，將勵磁部件旋轉(zhuǎn)90°并移出測量斷面設(shè)置，可構(gòu)成垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器。它包括勵磁線圈、勵磁鐵芯、兩個或兩組異性磁極、與磁極數(shù)相等的電極數(shù)。
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是外流道式電磁流量計(jì)在注水井中的工作狀態(tài)示意圖；圖2是本發(fā)明平移偏置勵磁的電磁流量傳感器勵磁磁路和電極位置示意圖；圖3是圖2中的電磁流量傳感器A-A流量測量斷面位置示意圖；圖4是圖2中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖；圖5本發(fā)明是垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器勵磁磁路和電極位置示意圖；圖6是圖5中的電磁流量傳感器A-A流量測量部份斷面位置示意圖；圖7是圖5中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖。
圖1中1.繩帽2.上扶正器3.電路段4.探測段5.下扶正器 6.井體套管7.勵磁線圈8.勵磁鐵芯9.磁極10.電極圖1是采用本發(fā)明制備的外流道式電磁流量計(jì)在注水井中的工作狀態(tài)示意圖。它包括電路段(3)、探測段(4)、繩帽(1)、上扶正器(2)、下扶正器(5)。本發(fā)明提出的電磁流量傳感器處在探測段(4)內(nèi)。圖1中A-A為磁極、電極所在的流量測量斷面。勵磁部件偏置設(shè)置結(jié)構(gòu)能使流量測量斷面處儀器表面場強(qiáng)提高一個數(shù)量級。
圖1中本發(fā)明的裝置兩端的“扶正器”(2)、(5)使流量計(jì)處在井體套管(6)的中心區(qū)。在儀器的探測段(4)內(nèi)裝有電磁流量傳感器，傳感器磁極的磁場穿過儀器外壁伸展到流體中。在傳感器電極間將感生出與場強(qiáng)B和流速V成正比的流量測量信號。
圖2是本發(fā)明勵磁磁路和電極安置位置示意圖，圖2中將勵磁部件平移離開測量斷面設(shè)置，可構(gòu)成平移偏置勵磁的電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)。
圖3為圖2中的電磁流量傳感器A-A流量測量斷面位置示意圖；設(shè)有一對磁極(9)和一對電極(10)。磁極產(chǎn)生的磁場伸展到傳感器外的流體中。流體的流動將在兩個電極間感應(yīng)出正比于流速和磁場強(qiáng)度的流量測量信號。
圖4為圖2中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖；內(nèi)有勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)以及測量磁極的端部(9)。由于流量傳感器的這四個部件分別設(shè)置在兩個斷面，減少了空間擁擠。在測量斷面，電極的安裝變得容易、密封可靠。平移后的勵磁部件可占據(jù)整個傳感器勵磁斷面空間。勵磁線圈圈數(shù)和鐵芯截積都能增加數(shù)倍，勵磁強(qiáng)度提高。
圖5是垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器勵磁磁路和電極位置示意圖；圖5顯示的是四磁極、四電極的電磁流量傳感器磁路和電極情況。圖5中將勵磁部件旋轉(zhuǎn)90°并移出測量斷面設(shè)置，構(gòu)成垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器。勵磁線圈旋轉(zhuǎn)90°后產(chǎn)生的激勵磁場方向是和流體流速平行的，必須通過高導(dǎo)磁率的軟鐵件將磁場轉(zhuǎn)向，并引導(dǎo)到測量磁極。在流量測量斷面A-A處，測量磁極伸展到流體中的磁場已轉(zhuǎn)向到和流速方向垂直，滿足電磁感應(yīng)測量流速的要求。采用這種方法，勵磁線圈的長度可根據(jù)磁場強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求確定，線圈的縱向截面積不受傳感器直徑尺寸的限制，可繞制更多的線圈數(shù)。因而它比平移式勵磁線圈可獲得更高的磁場強(qiáng)度。
本發(fā)明偏置勵磁結(jié)構(gòu)的電磁流量傳感器和以往的外流道式電磁流量傳感器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)①在傳感器外徑限制的條件下，偏置勵磁方式可加大勵磁線圈和鐵芯占有的空間尺寸，增強(qiáng)流量計(jì)工作磁場，從而提高其測量靈敏度。
②勵磁部件和測量斷面的空間分開，加大了勵磁線圈和測量電極的空間隔離，使勵磁電壓和電流對測量電極流量信號的干擾減小，能提高測量精度。
③偏置勵磁方式能合理地利用傳感器的內(nèi)部空間尺寸。因而，在同樣的工藝條件下，能設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出外直徑更小的井下電磁流量計(jì)。
圖2是本發(fā)明提出的平移偏置勵磁的2電極與2磁極組合安置電磁流量傳感器示意圖。由于增大了勵磁部件的空間尺寸，勵磁強(qiáng)度提高。典型的傳感器表面場強(qiáng)為40高斯。
圖6為圖5中的電磁流量傳感器A-A流量測量部份斷面位置示意圖；A-A斷面圖顯示它具有四個磁極(9-1)，(9-2)，(9-3)，(9-4)和四個電極(10-1)，(10-2)，(10-3)，(10-4)。磁極分兩組，兩個相對的磁極是同極性的，用純鐵軟磁材料引伸連接到勵磁部件的同一個磁極。其中一組連接到勵磁部件近端，另一組連接到勵磁部件遠(yuǎn)端。
圖7是圖5中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖。B-B斷面圖顯示它具有一個圓柱形的勵磁鐵芯(8)、外圍是勵磁線圈(7)、最外側(cè)是測量磁極(9-1)，(9-3)到勵磁部件遠(yuǎn)端磁極的磁場導(dǎo)引部件。在實(shí)際制作中可將磁極和導(dǎo)引部件用一個整件構(gòu)成。
另一組測量磁極(9-2)，(9-4)將延伸到勵磁部件的近端磁極。在實(shí)際制作中可將磁極(9-2)，(9-4)、磁場導(dǎo)引部件和勵磁鐵芯(8)用一個整件構(gòu)成。因而整個垂直偏置勵磁的四磁極傳感器磁路可用二個鐵磁部件構(gòu)成。用這種方式勵磁的四磁極傳感器表面場強(qiáng)可達(dá)100高斯以上。
垂直偏置勵磁方式還適用于構(gòu)成2磁極、6磁極等多種不同要求的電磁流量傳感器。
采用這兩種偏置勵磁方法，當(dāng)勵磁功率為一瓦量級時(shí)，傳感器的靈敏度都可達(dá)到10-4伏/(米/秒)。
本發(fā)明與英國專利(GB2256490A)比較，實(shí)施效果明顯優(yōu)于對方。本發(fā)明提出的兩個實(shí)施例電極數(shù)和磁極數(shù)都相同，2電極與2磁極組合(圖2)，或4電極與4磁極組合(圖5)，其典型傳感器靈敏度為10-5伏/(米/秒)至10-4伏/(米/秒)。該英國專利提出的幾個實(shí)施例電極數(shù)是磁極數(shù)的2倍或4倍，其典型傳感器靈敏度僅為10-9伏/(米/秒)。
權(quán)利要求
1．一種電磁流量傳感器勵磁部件偏置安放的方法，其特征在于將電磁流量傳感器的勵磁部件設(shè)置在磁極、電極構(gòu)成的測量斷面以外，將勵磁部件平移離開該測量斷面設(shè)置。
2．一種電磁流量傳感器勵磁部件偏置安放的方法，其特征在于將電磁流量傳感器的勵磁部件設(shè)置在磁極、電極構(gòu)成的測量斷面以外，勵磁部件移開并旋轉(zhuǎn)90°，垂直于該測量斷面設(shè)置。
3．一種如權(quán)利要求1所述的方法制備的電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)，其特征在于勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)平移開測量斷面，兩個磁極(9)各自的一端分別平行延伸到勵磁鐵芯(8)的兩個端面。
4．一種如權(quán)利要求2所述的方法制備的電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)，其特征在于勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)的軸垂直于測量斷面，并離開該斷面，勵磁鐵芯(8)的兩端分別用高導(dǎo)磁率材料件連接到測量斷面內(nèi)的兩個磁極或兩組異極性磁極(9-1)、(9-3)、(9-2)、(9-4)。
5．一種如權(quán)利要求3所述的方法制備的電磁流量傳感器，其特征在于含有兩個或兩組異性磁極，與磁極數(shù)相等的電極數(shù)。
6．一種如權(quán)利要求4所述的方法制備的電磁流量傳感器，其特征在于含有兩個或兩組異性磁極，與磁極數(shù)相等的電極數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種外流道式電磁流量傳感器勵磁部件偏置安放的方法及采用本方法制備的電磁流量傳感器。將勵磁部件置于磁極、電極構(gòu)成的測量斷面以外,將勵磁部件平移離開該測量斷面設(shè)置;另一種是將勵磁部件移開并旋轉(zhuǎn)90°,垂直于該測量斷面設(shè)置。它能使小直徑的電磁流量傳感器所產(chǎn)生的表面磁場強(qiáng)度提高10倍左右,滿足石油井的井下注水流量測量要求,測出全井不同深度位置的流量值。
文檔編號G01F1/58GK1299960SQ00112930
公開日2001年6月20日 申請日期2000年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月15日
發(fā)明者岑大剛 申請人:四川科學(xué)城久利電子總公司