專利名稱：一種組合式含水測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種用于測量含水的多相混存介質(zhì)罐內(nèi)單相介質(zhì)凈含量的裝置， 具體說就是一種組合式含水測量裝置，特別適合于石化工業(yè)中對含有油水乳化層的原油罐內(nèi)的原油凈含量進(jìn)行精細(xì)測量。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常碰到多種有機(jī)介質(zhì)與水混存在一個(gè)容器內(nèi)，需要對其中的水或者有機(jī)介質(zhì)的凈量進(jìn)行測量的情況，一種典型的需求是石化工業(yè)中，對含有油水乳化層的原油罐內(nèi)的原油凈含量進(jìn)行精細(xì)測量，由于原油罐內(nèi)的介質(zhì)處于不均勻分布狀態(tài)，現(xiàn)在還沒有一個(gè)成熟的技術(shù)能夠滿足上述的要求。與此要求相關(guān)聯(lián)的技術(shù)中，由本專利發(fā)明人在先提出的專利多相料位傳感器，專利號02110211. 2提出了一種可以定性地描述原油罐內(nèi)油水分布情況的物位測量裝置。該技術(shù)方案提供了一種外部包裹有絕緣層、在豎直方向上由若干個(gè)分段電極構(gòu)成的測量傳感器，在測量傳感器內(nèi)的每個(gè)分段電極彼此獨(dú)立，分別與罐體之間構(gòu)成一個(gè)電容或阻抗式傳感器，簡稱為段傳感器，每個(gè)分段電極與罐體之間的介質(zhì)即為這個(gè)段傳感器的電解質(zhì)，每個(gè)段傳感器的輸出信號直接通過各自的電纜線或者經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)總線輸送到罐體外部的信號及數(shù)據(jù)處理單元，信號及數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)位于罐體不同高度的段傳感器輸出信號的性質(zhì)和大小，判斷罐內(nèi)位于該位置的介質(zhì)的性質(zhì)，進(jìn)而得出罐內(nèi)介質(zhì)在豎直方向上的大體分布?，F(xiàn)有技術(shù)方案存在的問題是，第一，出于生產(chǎn)或者其它需要安裝在罐內(nèi)的設(shè)施，會明顯地使段傳感器的測量信號發(fā)生改變，從而影響信號及數(shù)據(jù)處理單元對罐內(nèi)介質(zhì)分布的描述。第二，每個(gè)分段電極的外側(cè)面到罐壁的距離遠(yuǎn)大于分段電極在豎直方向上的高度， 這就導(dǎo)致了除了該段傳感器所在的水平介質(zhì)層外，其上和其下若干距離內(nèi)的水平介質(zhì)層都會使該段傳感器的輸出信號產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，由于罐內(nèi)各個(gè)水平介質(zhì)層的性質(zhì)是不確定的，所以，導(dǎo)致其上和其下的水平介質(zhì)層對該段傳感器輸出信號的影響也具有相當(dāng)大的不確定性，這樣，現(xiàn)有的技術(shù)方案只能對含水的多相混存介質(zhì)在罐內(nèi)豎直方向上的分布有一個(gè)大體的描述，不能對段傳感器所在的介質(zhì)層的組成，如含水率，進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組成合理，操作使用方便，測量準(zhǔn)確、可靠，可以實(shí)現(xiàn)依次對容器內(nèi)多相混存介質(zhì)的各個(gè)水平層的組成進(jìn)行準(zhǔn)確測量的組合式含水測量裝置本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種組合式含水測量裝置， 包括信號及數(shù)據(jù)處理單元、支承連接體、伸入容器內(nèi)與多相介質(zhì)相接觸的傳感器，其特征是所述的傳感器由第一電極和第二電極組成，第一電極和第二電極分別與支承連接體連接固定，其中[0007]所述第一電極在豎直方向上由一組管狀的導(dǎo)電段分極組成，所述的段分極之間通過絕緣材料相互固定并絕緣，并通過位于段分極內(nèi)側(cè)的導(dǎo)線與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接；所述第一電極的外側(cè)均勻地包裹一層絕緣層；第一電極為組合式的剛性復(fù)合電極；所述第二電極在豎直方向上伴隨第一電極并與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接，并且第一電極和第二電極在豎直方向上相互平行，在水平方向上通過隔離絕緣件相互間隔絕緣，第二電極與第一電極之間的空間為傳感器的測量空間。本實(shí)用新型所述的第二電極由若干支導(dǎo)電的管狀或者棒狀電極并聯(lián)而成。由若干支導(dǎo)電的管狀或者棒狀電極并聯(lián)構(gòu)成的第二電極的優(yōu)點(diǎn)是管狀或者棒狀的電極表面容易處理得比較光滑，同時(shí)，在測量區(qū)間的豎直方向上沒有阻擋介質(zhì)運(yùn)動的凸出點(diǎn)，從而最大限度的減少了掛料的影響；這在測量具有較高粘度的原油乳化液時(shí)具有重要意義。本實(shí)用新型所述的第二電極也可以是導(dǎo)電的筒狀結(jié)構(gòu)，所述的筒狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面開有橫向、縱向均勻分布的孔。以方便介質(zhì)進(jìn)出測量空間。本實(shí)用新型構(gòu)成第一電極的段分極在豎直方向上的高度，可以根據(jù)應(yīng)用場合測量精度的要求不同選擇相應(yīng)的尺寸，各段分極之間其高度理論上可以不同，但優(yōu)選的方案是采用相同的高度，從而簡化數(shù)據(jù)的處理。在不引起掛料阻斷測量空間的條件下，第一電極與第二電極之間的距離小于段分極在豎直方向上的高度，從而減少相鄰介質(zhì)層對被測量介質(zhì)層的影響。將第一電極整體上包裹起來使其與被測介質(zhì)隔離開來的均勻絕緣層，由薄膜狀絕緣材料構(gòu)成或者由有一定厚度但相對介電系數(shù)高的絕緣材料構(gòu)成，如摻雜高介電系數(shù)材料的樹脂、塑料、橡膠等，以減少寄生參數(shù)對段分極測量信號的影響。在本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案中，各段傳感器可以共用一個(gè)或數(shù)個(gè)段信號測量線路，所述的段信號測量線路與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接，并且通過電子開關(guān)與段分極電連接；各段傳感器也可以分別配置各自的段信號測量線路，并就地進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過串行或者并行數(shù)據(jù)總線與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接。本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案帶來的有益效果是一方面，本實(shí)用新型屏蔽掉了由于容器的不規(guī)則或者容器內(nèi)的不明裝置對各介質(zhì)層電參數(shù)測量的影響，使測量結(jié)果不再受制于被測容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另一方面，本實(shí)用新型基本消除了被測介質(zhì)層的電參數(shù)受相鄰介質(zhì)層影響的問題，使被測介質(zhì)層中介質(zhì)的組成參數(shù)可以與相應(yīng)段傳感器的電參數(shù)相互對應(yīng)，可以準(zhǔn)確地測量出各水平介質(zhì)層的含水率。因此，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在豎直方向上將若干個(gè)尺寸很小的含水測量探頭有序組合在一起的目的，這些含水測量探頭彼此相鄰，幾乎沒有測量盲區(qū)，每個(gè)含水測量探頭都能夠準(zhǔn)確地測量出所在水平介質(zhì)層的含水率，這是現(xiàn)有技術(shù)做不到的，在所述的組合式含水測量裝置安裝就位后，每個(gè)含水測量探頭的位置高度及其所測量的水平介質(zhì)層的厚度都是確定的，結(jié)合容器的內(nèi)部橫向尺寸，就可以測量出含水的多相混存介質(zhì)罐內(nèi)單相介質(zhì)凈含量。同時(shí)，第一電極的外側(cè)絕緣層的設(shè)置，消除了因?yàn)樗膶?dǎo)電性造成含水測量探頭測量失效的問題；而由若干支導(dǎo)電的管狀或者棒狀電極并聯(lián)而成第二電極則最大限度地減少了介質(zhì)掛料的影響。本實(shí)用新型組成合理，操作使用方便，測量準(zhǔn)確、可靠，可以實(shí)現(xiàn)依次對容器內(nèi)多相混存介質(zhì)的各個(gè)水平層的組成進(jìn)行準(zhǔn)確測量，特別適合于石化工業(yè)中對含有油水乳化層的原油罐內(nèi)的原油凈含量進(jìn)行精細(xì)測量。以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。

圖1是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型第二電極的一種示意圖。圖3是本實(shí)用新型第二電極的另一種示意圖。圖4是本實(shí)用新型第一電極的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號是1.第一電極，2.第二電極，3.支承連接體，4.隔離絕緣件，5.信號及數(shù)據(jù)處理單元，6.電氣保護(hù)殼體，101.段分極，102.絕緣固定件，103.段分極引線，104.絕緣層，105.段信號測量線路，106.數(shù)據(jù)傳輸總線，201.第二電極引線，202.連接件，401.隔離絕緣封頭，402.隔離絕緣堵頭，501.電子開關(guān)，502.公用段信號測量線路。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型組合式含水測量裝置，用于測量多相混存介質(zhì)罐內(nèi)單相介質(zhì)的凈含量。本實(shí)施例是用于測量含水的多相混存介質(zhì)在所存的罐內(nèi)，各水平介質(zhì)層中含水率，因此，也稱為含水分析儀陣列。其包括信號及數(shù)據(jù)處理單元5、支承連接體3、伸入容器內(nèi)與多相介質(zhì)相接觸的傳感器、隔離絕緣件4、電氣保護(hù)殼體6等，所述的傳感器由在豎直方向上相互平行、在水平方向上彼此間隔絕緣的第一電極1和第二電極2組成，其中第一電極1在豎直方向上由一組管狀、相互獨(dú)立的導(dǎo)電段分極101組成，所述的段分極101之間通過絕緣固定件102相互固定并絕緣，各段分極101導(dǎo)電的外側(cè)表面的橫向形狀、尺寸相同，并通過位于段分極101內(nèi)側(cè)的段分級引線103與信號及數(shù)據(jù)處理單元5電連接。整個(gè)第一電極1的外側(cè)包裹一層均勻的絕緣層104，用于將各段分極101與被測介質(zhì)隔離開來，同時(shí)，又不會引起各段分極測量信號的畸變。第二電極2在豎直方向上伴隨第一電極1，位于第一電極1與第二電極2之間，介質(zhì)可以自由進(jìn)出的空間即為傳感器的測量空間，在與第一電極1相對的導(dǎo)電的一側(cè)，第二電極2在各高度的橫向結(jié)構(gòu)相同、尺寸一致，并且留有方便介質(zhì)進(jìn)出測量空間的通道、整體上與信號及數(shù)據(jù)處理單元5電連接。本實(shí)用新型組合式含水測量裝置，在水平方向上，第二電極2部分或者完整地環(huán)繞第一電極1 ；在豎直關(guān)系上，第一電極1與第二電極2的相互平行。第一電極1與第二電極2通過隔離絕緣件4隔離固定在一起構(gòu)成傳感器的探測極，即第一電極1與第二電極2 上端通過隔離絕緣封頭401，下端通過隔離絕緣堵頭402隔離固定。所述的信號及數(shù)據(jù)處理單元5、傳感器的探測極、電氣保護(hù)殼體6等通過支承連接體3連接在一起。在容器內(nèi)處于穩(wěn)定或平衡狀態(tài)的多相混存介質(zhì)是呈分層狀態(tài)分布的，這是本實(shí)用新型所提出技術(shù)方案成立的前提條件，位于第一電極1上的各個(gè)段分極101與第二電極2 的相對部分構(gòu)成了段傳感器或者叫做含水測量探頭，由各個(gè)段傳感器與相應(yīng)的段信號測量線路105配合測量得到的電信號，如電容、阻抗等，其性質(zhì)和大小是不同的，信號及數(shù)據(jù)處理單元5正是根據(jù)各個(gè)段分極101輸送來的電信號差別判斷其所在介質(zhì)層的性質(zhì)，并進(jìn)一步得出其含水率，這就要求每個(gè)段傳感器的信號與其所在介質(zhì)層的關(guān)系盡可能大，而與相鄰介質(zhì)層的關(guān)系盡可能小，如圖1所示，經(jīng)過論證，這個(gè)關(guān)系的大小，取決于第一電極1與第二電極2之間的最小距離d與段分極101的豎直高度h之比d/h，簡稱為寬/高比d/h，所述的寬/高比d/h越大，每個(gè)介質(zhì)層所對應(yīng)的段傳感器的信號受相鄰介質(zhì)層的影響就越大， 反之，則受相鄰介質(zhì)層的影響就越小。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，考慮到傳感器在第一電極1和第二電極2之間的掛料問題，兩個(gè)電極之間的最小距離d又不能太小，一般情況下第一電極與第二電極之間的距離應(yīng)小于段分極在豎直方向上的高度h，優(yōu)選的方案是，每個(gè)段分極的豎直高度在10至400毫米之間，兩個(gè)電極之間的最小距離d在5至300毫米之間。構(gòu)成第一電極的段分極101在豎直方向上的高度，可以根據(jù)應(yīng)用場合測量精度的要求不同選擇相應(yīng)的尺寸，各段分極101其高度理論上可以不同，但優(yōu)選的方案是采用相同的高度，從而簡化數(shù)據(jù)的處理。在本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案中，設(shè)置了一個(gè)將第一電極1均勻包裹起來的外絕緣層104，其作用是將第一電極1與可能導(dǎo)電的被測介質(zhì)隔離開來，并減少組裝傳感器的工藝復(fù)雜性。其在電氣上的影響相當(dāng)于給被測介質(zhì)串接上了一個(gè)寄生的電容性阻抗元件， 按照電子學(xué)原理，這個(gè)寄生的電容與被測介質(zhì)的容性阻抗串聯(lián)的結(jié)果是其中較小者占優(yōu)勢，由于含水的被測介質(zhì)的相對介電系數(shù)一般是比較大的，一般都大于3，所以，與這個(gè)寄生電容相比，被測介質(zhì)的容性阻抗是比較大的，為了減少這個(gè)寄生電容性阻抗的影響，需要外絕緣層104的厚度應(yīng)該盡可能薄，如厚度小于1. 5毫米；或者，雖然外絕緣層104的厚度較大，但所使用絕緣材料的相對介電系數(shù)也較大，如使用橡膠、摻雜鈦酸鋇的環(huán)氧樹脂、塑料等，其相對介電系數(shù)均大于3，以盡可能地增加外絕緣層的容性阻抗，從而最大程度上減少了寄生阻抗的影響。設(shè)置所述的外絕緣層104的具體工藝可以用噴涂的辦法或者注塑的方式，在所述的第一電極1表面完整地涂布一層均勻的絕緣層；也可以預(yù)制一種與所述的第一電極1配合良好、分布均勻的絕緣管，套在第一電極上，管口采取必要的密封措施。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例采用了厚度僅為0. 3毫米，相對介電系數(shù)小于3的氟塑料膜作為外絕緣層104，其通過注塑的方式，緊密附著在第一電極的外側(cè)。本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例采用了厚度達(dá)2. 5毫米，但相對介電系數(shù)也高達(dá)30的陶瓷管作為外絕緣層104，其通過緊密套裝的方式設(shè)在第一電極的外側(cè)，管口采用密封膠進(jìn)行密封。本實(shí)用新型所述的外絕緣層104還可以采用橡膠管或塑料管，其通過緊密套裝的方式設(shè)在第一電極的外側(cè)。本實(shí)用新型所設(shè)置的第二電極2，可以是如圖2所示的，由至少一支橫向結(jié)構(gòu)相同，豎向與第一電極1平行的管狀或棒狀的導(dǎo)電體并聯(lián)而成，若干支管狀或棒狀的導(dǎo)電體2 通過連接件202連接在一起，在水平方向上，第二電極部分或者完整地環(huán)繞第一電極；也可以如圖3所示，采用側(cè)面均勻開孔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，開孔的方式要保證第二電極與第一電極上每一個(gè)段分極相對的部分的結(jié)構(gòu)和面積應(yīng)是大體一致的。第二電極2通過第二電極引線 201整體上與信號及數(shù)據(jù)處理單元5電連接。采用管狀或者棒狀并聯(lián)構(gòu)成第二電極的好處是，管狀或者棒狀的電極表面容易處理得比較光滑，而且，可以保證每支管狀或者棒狀的電極在測量區(qū)間的豎直方向上沒有阻擋介質(zhì)運(yùn)動的凸出點(diǎn)，從而最大限度的減少了掛料的影響；這在測量具有較高粘度的原油乳化液時(shí)具有重要意義。在本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案中，各段傳感器可以共用一個(gè)或數(shù)個(gè)段信號測量線路502，所述的共用一個(gè)或數(shù)個(gè)段信號測量線路502與信號及數(shù)據(jù)處理單元5電連接，并且通過電子開關(guān)501與段分極101電連接，如圖1所示；各段傳感器也可以分別配置各自的段信號測量線路105，并就地進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過串行或者并行數(shù)據(jù)傳輸總線106與信號及數(shù)據(jù)處理單元5電連接，如圖4所示。在選擇段信號測量線路105的具體形式是電容測量線路或者阻抗測量線路，以及其與信號及數(shù)據(jù)處理單元5、段分極101等部件的連接方式時(shí)，除了要考慮工藝簡單、可靠外，還要盡量減少各種寄生參數(shù)的影響，而這對于那些技術(shù)精湛的業(yè)內(nèi)人士而言，是顯而易見的。以上對本實(shí)用新型的詳細(xì)說明并非窮盡性的，本實(shí)用新型不應(yīng)被限制為以上所公開的精確形式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種等同的修改和替換，這樣的修改和替換應(yīng)視為被該發(fā)明所涵蓋。上述各個(gè)實(shí)施例的元素可任意組合在一起，以便提供進(jìn)一步的實(shí)施技術(shù)方案。此外，不應(yīng)將所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語闡釋或?qū)⒈緦?shí)用新型限制到本說明中公開的特定實(shí)施例，除非以上詳細(xì)說明清楚地限定了此術(shù)語。因此，本實(shí)用新型的實(shí)際范圍應(yīng)該涵蓋所述實(shí)施例及根據(jù)權(quán)利要求實(shí)施的所有等同形式。
權(quán)利要求1.一種組合式含水測量裝置，包括信號及數(shù)據(jù)處理單元、支承連接體、伸入容器內(nèi)與多相介質(zhì)相接觸的傳感器，其特征是所述的傳感器由第一電極和第二電極組成，第一電極和第二電極分別與支承連接體連接固定，其中所述第一電極在豎直方向上由一組管狀的導(dǎo)電段分極組成，所述的段分極之間通過絕緣材料相互固定并絕緣，并通過位于段分極內(nèi)側(cè)的導(dǎo)線與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接；所述第一電極的外側(cè)均勻地包裹有絕緣層；所述第二電極在豎直方向上伴隨第一電極并與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接，其在豎直方向上與第一電極相互平行，在水平方向上通過隔離絕緣件相互間隔絕緣，第二電極與第一電極之間的空間為傳感器的測量空間。
2.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述的第二電極由若干支導(dǎo)電的管狀或者棒狀電極并聯(lián)而成。
3.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述的第二電極為導(dǎo)電的筒狀結(jié)構(gòu)，所述的筒狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面開有橫向、縱向均勻分布的孔。
4.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述第一電極與第二電極之間的間距小于第一電極的段分極的高度；所述的第一電極與第二電極之間的間距在5 300毫米之間，所述第一電極的段分極的高度在10 400毫米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述包裹第一電極的絕緣層的厚度小于1. 5毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述包裹第一電極的絕緣層材料的相對介電系數(shù)在3至2000之間。
7.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述包裹第一電極的絕緣層為陶瓷管或橡膠管或塑料管，其通過緊密套裝的方式設(shè)在第一電極的外側(cè)。
8.如權(quán)利要求1所述的組合式含水測量裝置，其特征是所述包裹第一電極的絕緣層為氟塑料膜，其通過注塑或者噴涂固化的方式緊密附著在第一電極的外側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于測量多相混存介質(zhì)罐內(nèi)單相介質(zhì)凈含量的組合式含水測量裝置，包括信號及數(shù)據(jù)處理單元、支承體、伸入容器內(nèi)與多相介質(zhì)相接觸的傳感器，所述的傳感器由在豎直方向上相互平行、在水平方向上彼此間隔絕緣的第一電極和第二電極組成，其中第一電極由一組管狀的導(dǎo)電段分極組成，所述的段分極之間通過絕緣材料相互固定并絕緣，并通過位于段分極內(nèi)側(cè)的導(dǎo)線與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接；所述第一電極的外側(cè)包裹一層均勻的外絕緣層；第二電極在豎直方向上伴隨第一電極并與信號及數(shù)據(jù)處理單元電連接。本實(shí)用新型組成合理，可以實(shí)現(xiàn)依次對容器內(nèi)多相混存介質(zhì)的各個(gè)水平層的組成進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
文檔編號G01N27/22GK202126424SQ20112019839
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者周齊芳, 曹偉利, 王其明, 王玉江, 程國永 申請人:威海海和科技有限責(zé)任公司