專利名稱：一個測量兩相流體流動時氣體流分的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于測量由液體和氣體組成的兩相流體流動時的氣體流分，特別是由石油與伴生氣組成的流動混合體。
背景技術(shù)：
兩相流動時的氣體流分可以定義為管道中任意一段的氣體體積與此段管道的體積之比。所以氣體流分可以是一個從0(此時流動由液體一相單獨組成)到1(此時流動由氣體一相單獨組成)的數(shù)字表示。
一口油井的嚴油量和嚴氣量是很復(fù)要的參數(shù)，所以氣體流分的測量在海洋石油開發(fā)工程中有很特殊的意義。
建立在測量電容量變化的測量原理基礎(chǔ)上的氣體流分測量儀器，目前已日益廣泛地應(yīng)用于由液體和氣體組成的兩相流動。
這個測量原理人們是熟知的。它主要是利用測量當(dāng)兩相流動通過兩個固定電極之間時的電容量。當(dāng)電極的面積和相臨距離給定后，所測電容量與在兩電極之間的混合體的氣體流分的關(guān)系是唯一的。
應(yīng)用這個原理，原則上講可以組裝一種具有快速動態(tài)響應(yīng)特性的測量儀器，而且這種測量儀器的構(gòu)成可以不影響流動本身。盡管有這些優(yōu)點，商業(yè)化地應(yīng)用這種氣體流分測量儀器還很少見。
電容氣體流分測量的主要弱點是儀器的校準(zhǔn)對兩相流動動態(tài)性質(zhì)的依賴。比如泡狀流動的校準(zhǔn)曲線就有別于層狀流動的校準(zhǔn)曲線。
造成這個流動動態(tài)依賴性的其中一個原因是由于測量體積中的電場不均勻。當(dāng)這個電場變化時，電容的變化量不僅僅依賴氣體流分的變化，而且還與氣體的位置有夫。DE B2/1910217中公開了一種測電容的裝置，它有三個電極，在兩個電極間形成均勻電場。但該裝置有兩個缺點，1.該裝置中的傳感器是由一個第一電極和一個與管1的壁電連接的反作用電極11構(gòu)成的；2.該裝置中的傳感器對流體流動是有妨礙的。蘇聯(lián)發(fā)明人證書(RIC)No.587383中公開了一種包含一對平板電極1、2的電容轉(zhuǎn)換器，其平板電極1、2固定在一個第三零電位電極4上并由該電極圍繞。第三電極4由彈性材料制成并固定在一個具有溫度依賴性的絕緣座上。當(dāng)物質(zhì)流過時，座5的溫度發(fā)生變化，從而引起座5的形狀發(fā)生變化。這樣將便第三電極曲變，并自動調(diào)整電極1、2的空間。但顯然，這種電容轉(zhuǎn)換器的零電位的第三電極不能用于維持被絕緣的管道內(nèi)的場的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于冗服上述弱點并提供一種以穩(wěn)定測量體積中的電場為主的上述氣體流分測量儀器。外一個目的是制造一個簡單而耐用的非干擾式測量儀器，用一個簡單的信號處理回路輸出一個與氣體流分成正比關(guān)系的輸出電壓。這些目的是一設(shè)計一個與權(quán)利要求相符的測量儀器實現(xiàn)的。除滿足以上的要求之外，實驗數(shù)字還表明這種氣體流分測量裝置不象現(xiàn)有的只有兩個電極的氣體流分測量裝置那樣依賴流動動態(tài)。按照這項發(fā)明，在此以圖示方式對測量儀器作進一步說明。

圖1是由兩個主要元件組成的氣體流分測量儀器，即一個圖示的初級傳感器，和一個電路圖表示的信號處理元件。圖2是初級傳感器內(nèi)等位線的分布。見圖1，初級傳感器由三個電極組成，即兩個平行的平面電極A和B，安裝在第三個管狀電極c內(nèi)，兩個將被控制的流分，如石油/伴生氣混合流體，流過兩個平行板電極A和B之間的一根管道使被測電容發(fā)生變化。
電容量是由一個正弦波發(fā)生器和一個帶有電容反饋的放大器測量的，這種放大器叫做充電放大器。由于放大器的輸入端與假接地聯(lián)接，所以地漏電容的變化不會影響測量結(jié)果。這樣就可以在傳感器和放大器之間使用(如需要的話)長屏蔽導(dǎo)線而不會大幅度影響測量精度，當(dāng)充電放大器的反饋電容被固定，正弦渡發(fā)生器的振幅v1保持常數(shù)，則放大器的輸出信號振幅V2將與初級傳感器中電容量的變化成正比。換句話說，放大器的輸出電壓是被控制的混合流體中的氣體流分的測量。
為了保持初級傳感器甲測量體積內(nèi)的均勻電場。電極c的電位要恒等于電極A和電極B之間中點的電位。因此要用一個簡單的分壓器和一個緩沖放大器A。
圖2是初級傳感器內(nèi)的等位線分布，其中電極A的電位保持在V1，電極B的電位為0，電極c的電位則應(yīng)為V1/2。見圖2所示，初級傳感器內(nèi)測量區(qū)的電場為均勻電場。
權(quán)利要求
1.一個用于在包含液體和氣體混合物的二相流體中，例如在流動的石油和伴生氣體混合中，測量氣體流分的儀器，該儀器構(gòu)置成能測量一對平面電極(A、B)之間的電容的變化，所述這對電極彼此具有不同的工作電壓，所述2相混合物被強迫從這對電極之間的管道內(nèi)流過，電極(A、B)構(gòu)成一個主傳感器的主要部件，儀器還包括一個第三管狀電極(C)和一個信號處理單元，電極(C)圍著兩個電極(A，B)，所述信號處理單元包括一個正弦波電壓發(fā)生器，該電壓發(fā)生器能夠給電極對(A，B)之間施加一個電位差；所述僅器的特征在于所述第三電極(C)構(gòu)置成能夠在傳感器的樣品體積內(nèi)產(chǎn)生一個均勻電場，還提供有一個裝置(A2)，用于將第三電極電壓維持在至少近似等于兩個電極(A，B)的電位的算術(shù)平均值，信號處理單元進一步包含有裝置(A1)，能夠獲取與兩個電極(A，B)之間的電容有關(guān)的信號。
2.按照權(quán)利要求1的儀器，其特征在于用于將第三電極(C)電壓維持在至少近似等于兩個電極(A，B)的電位差的裝置包括與正弦波電壓發(fā)生器的一個輸出端相連的一個分壓器和一個緩沖放大器(A2)。
3.按照權(quán)利要求1或2的儀器，其特征在于用于獲取與兩電極(A，B)之間的電容有關(guān)的信號的裝置包括一個充電放大器(A1)。
4.按照權(quán)利要求3的儀器，其特征在于所述充電放大器是一個帶有電容反饋的工作放大器，該放大器耦合到電容(B)，第三電極與跨接正弦波發(fā)生器的分壓器相連。
全文摘要
用于測量由液體和氣體，特別是石油及伴生氣兩相流動中氣體流分的儀器。它應(yīng)用測量兩個不同電位電極(A、B)間電容量變化的原理，使流體通過兩分離電極。電極是初級傳感器的主要部分，儀器還有信號處理元件。儀器的特點是有除上述兩電極(A、B)外的第三電極(C)，該電極將電極(A、B)包圍。其電位保持V1/2，它至少為電極(A、B)的中點電位。電極C由分壓器和緩沖放大器饋電，信號處理元件由正弦波發(fā)生器和充電放大器(有電容反饋的放大器)A1組成。
文檔編號G01N27/22GK1955731SQ200510100610
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者簡少嫻 申請人:簡少嫻