專利名稱：一種原油貯罐的全范圍檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于對油田貯油罐中原油液量的計量和檢測裝置，特別涉及一種能對貯油罐中的原油、污水、污泥進行全范圍檢測的裝置。
油田從油井采得的原油經過去雜質、脫水工藝后，成為合格的商品原油，被注入各個貯油罐中，以待外輸或調運。由于去雜、脫水不徹底，隨著時間推移，會在貯油罐底部沉積一層厚度約10cm-50cm的污泥，上面還有一段污水，污水上面的才是原油。由于油田要隨時了解采油廠的產量，因此一般需三至四個小時就要對貯油量測量一次。而目前的測量方法是由工人爬上油罐，從人工口用繩子或卷尺吊個重物對油量進行測量(到罐頂的距離)，費力且不準確。近幾年有人利用超聲波測距法代替人工測量，也有將靜壓式壓力傳感器(即通常的液深探頭)沉到罐底附近，直接測量油位的高度。這種方法測試精度雖然較高，但還存在嚴重不足，首先是壓力探頭不能沉到最底部，否則污泥會堵塞傳遞孔，其次，由于測得的數據是探頭以上直至油面的高度，原油、污水、污泥各占多少則不得而知。所以要得到原油的確切數量不但必須知道油面的高度，還須了解油水界面的位置，多少年來這一問題一直未得到解決。在千噸級油罐中每厘米的高度容量有2M3，在萬噸級油罐中則為4-8M3/厘米，而一般油罐下部的污水高度在0.5-2M間，因此照目前的測量方法是非常不準確的。為測到油水界面，有人企圖用微波傳感器在油罐底部被反復提升和下降2m左右，從而找到油水界面，但考慮到誤差太大而沒有采用。因此，目前還沒有找到解決該問題的好方法。
本實用新型的目的在于提供一種不但能測出貯油罐中的油水界面位置，同時能對原油、污水、污泥的含量進行全范圍測量的檢測裝置。
為實現該目的，本實用新型采用一個柵狀掃描傳感器和液深檢測探頭相結合，將柵狀掃描傳感器垂直沉到油罐底部，通過它不斷地上下掃描，利用不同介質有不同介電常數的原理，測出污泥、污水和油水界面的高度。
其具體技術方案為；一種原油貯罐的全范圍檢測裝置，該裝置包括柵狀掃描傳感器、控制電路及液深檢測探頭，其中柵狀掃描傳感器由柵狀電容器和掃描電路封裝在一起組成，柵狀電容器由一個公共電極和一組形狀和尺寸一樣的柵狀段電極組成，各段電極和公共電極之間有一層絕緣層與介質相接觸，掃描電路包括幾組各由一個計數器和多路模擬開關組成的段電極選擇電路、與模擬開關輸出端相連接的振蕩電路以及一個總計數器，總計數器的各位輸出端分別通過門電路與各組段電極選擇電路輸入端相連接，各多路模擬開關接柵狀電容器的相應段電極，控制電路中的時鐘振蕩器接分頻電路，分頻電路輸出端通過門電路接用于對被掃描中的段電極數進行計數的掃描記錄計數器，同時通過門電路接掃描電路中的段電極選擇電路輸出同步掃描信號，掃描電路中的振蕩電路輸出端通過門電路接控制電路中的振蕩頻率計數器，振蕩頻率計數器輸出端接鎖存器，鎖存器接數字比較器，數字比較器的另一端接置數開關。
在段電極選擇電路的門電路之前通過光耦接控制電路的同步掃描信號輸出端，掃描電路中振蕩電路輸出端也通過光耦接控制電路。
在掃描記錄計數器上接有高度預值置數開關。
對于一個電容器來說，在其幾何尺寸、制造材料一定時，其電容量的大小取決于被測介質的介電常數ε。本實用新型用一個柵狀掃描傳感器和控制電路及液深檢測探頭相結合，通過不斷地掃描垂直沉到油罐底部的柵狀電容器段電極，接通不同的段電極，掃描電路中的振蕩電路就會產生相應頻率的振蕩信號，對信號頻率進行計數，由控制電路與預置數值相比較，由比較結果就可得知哪個段電極處于油水界面位置，并結合該段電極在柵狀電容器中所處的位置，即可得出原油的高度，基于同樣道理，也可得出污水及污泥各自的高度，從而實現全范圍檢測。相對于現有的檢測方法來說，利用實用新型進行檢測省時、省力，檢測精度高。
以下結合附圖并通過實施例進一步說明本實用新型
圖1為柵狀掃描傳感器和液深檢測探頭在貯油罐中的安裝位置示意圖2為柵狀電容器的結構示意圖；圖3為柵狀電容器的一部分與掃描電路的連接示意圖；圖4為掃描電路原理圖；圖5為控制電路原理圖；圖6為控制電路的時序圖。
實施例，如圖1所示，柵狀電容器和掃描電路封裝在一起組成了柵狀掃描傳感器10，垂直沉到貯油罐1底部，在傳感器的一定部位安裝液深檢測探頭2，柵狀掃描傳感器通過傳輸線7與控制電路8相連接，圖中所示原油3、污水4、污泥5、油水界面6反映了貯油罐內的分布狀態。
柵狀電容器是一個個尺寸一樣的電容器垂直排列起來呈柵狀的電容器組，A001、A002……Ax這些順序號代表每個電容的一個電極，它們的尺寸和間距都一樣，我們稱它們為段電極，在它們的對面是連在一起的公共電極9，段電極與公共電極9之間有絕緣層，每一段電極與公共電極都組成一個電容器，每個段電極互不相連，而都分別順序地與掃描電路的16選一模擬開關相連。本實施例中，每節段電極的寬度為0.9cm，間距為0.1cm。哪段段電極與模擬開關實際接通，要看模擬開關輸入端A、B、C、D數據而定，不同輸入信號接通不同的段電極，連接不同的電容Cx，Cx的大小要由該電極與公共電極之間的介質的ε而定，所以檢測介質的ε，就變成檢測振蕩器的振蕩頻率的大小了。而被測介質的介電常數是依賴于含水率的，根據現場測試，原油(含水0.5％)的介電常數εy比污水(含原油3％以下)的介電常數εs小30-40倍，所以段電極的電容量在油水界面上下的差別是很大的。油罐底部污泥的介電常數居二者之間。在檢測過程中，從第一段A001到A002……Ax按順序檢測每個電容器的容量大小，當檢測到某一段如A101突然變小，說明該位置是油水界面，這里距底部為100個電容器高度，再結合固定在傳感器某一段電極位置(如A200處)的液深檢測探頭檢測出的探頭以上直到原油油面的高度h，就可得出原油總厚度為h+(A200-A100)，而每個段電極的尺寸是已知的。
圖4為傳感器掃描電路原理圖，在該圖中，16-0，16-1……16-9即圖3中的柵狀段電極，U12、U13……U21即16選1模擬開關，M041、M042……M050為振蕩電路，與模擬開關輸出端相連接，U22-U26是分頻計數器，其作用是將振蕩頻率降低為穩定的計數脈沖，通過光耦GH02-GH06從端子④輸出給控制電路端子③，端子②是清零端，當控制電路送來正脈沖時，計數器U1-U11呈“零”狀態。這時U1的Qo輸出為高電平，它使M02、M09的輸出端為高電平，M05為低電平，而U2仍為“0”狀態，即輸出端A＝B＝C＝D＝0，同時M05使U12進入選擇狀態，由于輸入信號為“0”，所以實際接通第1段電容電極A001，而M09的高電平，使M041進入振蕩狀態，并通過U22分頻，GH02的轉換，從端子④開始輸出振蕩信號即代表A001段電容容量的信號，當端子③從控制電路端子①送來第一個同步脈沖信號時，通過GH01、M01、M02使U計數器計為“0001”狀態，這時U12的第1腳，又和段電極A002接通而與A001斷開，M041、M042通過GH02向端子④送出代表A002的信號到控制電路。同樣從端子③送入第2個脈沖，端子④又輸出了代表A003段電容的信號…送來第15個脈沖U12接通第A016段電容，直到送入第16個脈沖，U2輸出變為“0”狀態，同時在其進位端Co處，輸出一個正電平，給U1一個進位脈沖，使U1的Qo變低，Q1變為高電平，這時M02輸出變為低電平，M05輸出變為高電平，使U12處于全關閉狀態，相反由于M04輸出變高，M06的輸出電平變低，U13進入工作狀態，它的輸出接通了A017段電容電極，端子④又輸出代表A017電容的振蕩信號，如此下去，直到將最后一段電極的信號送出后，返回到“0”狀態，該電路作為傳感器的一部分，被封裝于傳感器中。
圖5為控制電路原理圖，主要功能是產生并記錄同步掃描信號和測試并判斷各段電容的電容量大小，即由此而產生的振蕩信號頻率的大小。圖中M1、M2及其相關元件組成時鐘振蕩器，經U1、U2分頻在U2的第2，3腳分別得到2HZ和1HZ的信號，波形如圖6中的U2-2和U2-3的形狀，U2-3信號經M14、M11、M12使掃描記錄計數器U4-6進行加法記數，其計數值代表了傳感器中被掃描中的段電極的高度，同時，每輸入一個脈沖，從M13和光耦GH1通過端子①向掃描電路的端子③也送去一個脈沖，使二者同步轉換，在傳感器中選中相應電容后產生的振蕩信號，經傳輸線返回到本電路的端子③，經光耦GH2送給控制門M17，M17的門控信號由M16產生(見圖6)，它的高電平脈沖在周期信號T的第三個T/4時間內，目的是為了當某段電容被選中后，先經半個周期T/2時間使振蕩頻率穩定后，在第三個T/4再打開控制門M17，將信號送給計數器U9、U10、U11進行記數。在同樣的時間內，計數值大，表示頻率高(介質的ε小)，反之一樣。U12、U13、U14為寄存器，分別為個位、十位、百位數據，它們的輸入端分別連結U9-11，輸出端送給數字比較器U15、U16、U17，從圖6可見，M16開門信號結束后(即U9計數完畢)的脈沖下降沿，通過M18送單穩態電路U7-1使之產生一段延遲時間后，由U7-2送出一個窄脈沖，經M20反相，打開寄存器U12-14的輸入門，將這次U9-11的計數結果鎖存到寄存器中，以備處理，直到下個周期再行更換，當數據鎖存后，再經過一段時間τ，由U8和M19將計數器U9、U10、U11進行清“0”，以備下個周期重新計數。
U15、U16、U17為數字比較器，它的個、十、百位的A一方是U12、U13、U14的輸出端，另一方B是置數開關KB-12，比如要測油水界面的高度，將開關按個、十、百位置數。本實施例中，實測污水計數值為“106”，而純原油計數為“231”可將KB-12置“180”。這樣凡是A方數值大于或等于“180”者，則判為原油，小于此值則為污水。M21-M24為判別電路，一旦出現A≥B，說明為界面位置，由Y輸出端輸出信號，向與本裝置配套的掃描高度顯示電路SCR輸出高度數值信號并送運算電路處理。
KB-12還可再聯接一組開關(圖中未畫出)，用同樣辦法檢測污泥和污水的界面高度。
KA-12是為了當傳感器不直接插入到油罐底部，而設置的高度預置值開關。
U3和M3、M4、M6-M10以及開關K1、K2是自動、手動轉換用的；當K1撥到“1”位置，按K2可以手動檢測。
權利要求1.一種原油貯罐的全范圍檢測裝置，其特征在于，該裝置包括柵狀掃描傳感器、控制電路及液深檢測探頭，其中柵狀掃描傳感器由柵狀電容器和掃描電路封裝在一起組成，柵狀電容器由一個公共電極和一組形狀和尺寸一樣的柵狀段電極組成，各段電極和公共電極之間有一層絕緣層與介質相接觸，掃描電路包括幾組各由一個計數器和多路模擬開關組成的段電極選擇電路、與模擬開關輸出端相連接的振蕩電路以及一個總計數器，總計數器的各位輸出端分別通過門電路與各組段電極選擇電路輸入端相連接，各多路模擬開關接柵狀電容器的相應段電極，控制電路中的時鐘振蕩器接分頻電路，分頻電路輸出端通過門電路接用于對被掃描中的段電極數進行計數的掃描記錄計數器，同時通過門電路接掃描電路中的段電極選擇電路輸出同步掃描信號，掃描電路中的振蕩電路輸出端通過門電路接控制電路中的振蕩頻率計數器，振蕩頻率計數器輸出端接鎖存器，鎖存器接數字比較器，數字比較器的另一端接置數開關。
2.如權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，在段電極選擇電路的門電路之前通過光耦接控制電路的同步掃描信號輸出端，掃描電路中振蕩電路輸出端也通過光耦接控制電路。
3.如權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，在掃描記錄計數器上接有高度預值置數開關。
4.如權利要求1或2或3所述的檢測裝置，其特征在于，控制電路中設有手動/自動轉換開關。
專利摘要本實用新型涉及一種油田貯油罐的全范圍檢測裝置,采用一個柵狀掃描傳感器和控制電路及液深檢測探頭相結合,將柵狀掃描傳感器垂直沉到油罐底部,通過它不斷地上下掃描垂直沉到油罐底部的柵狀電容器段電極,接通不同的段電極,掃描電路中的振蕩電路就會產生相應頻率的振蕩信號,對信號頻率進行計數,由控制電路與預置數值相比較,由比較結果就可得知哪個段電極處于油水界面位置,并結合該段電極在柵狀電容器中所處的位置,從而得出原油的高度。相對于現有的檢測方法來說,利用本實用新型進行檢測省時、省力且檢測精度高。
文檔編號G01F23/76GK2341131SQ9821581
公開日1999年9月29日 申請日期1998年6月19日 優先權日1998年6月19日
發明者耿連瑞, 喬彥超, 趙文勝 申請人:耿連瑞