專利名稱：一種拉脫式原油粘度測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對原油粘度進(jìn)行測量的裝置及方法，尤其是涉及一種拉脫 式原油粘度測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
粘滯力是液體的一個重要的性質(zhì)，特別是在原油開采的領(lǐng)域，粘滯力的測 量有著非常重要的意義。在測量粘滯力的過程中，用到最多的是拉托法，拉脫 法是一種測量一個已知周長的金屬圓環(huán)或金屬圓柱從待測液體表面脫離時所需 的拉力，從而求得該液體粘滯力的方法，所需的拉力是由液體粘滯力、環(huán)的內(nèi) 外徑及液體材質(zhì)、純度等因素決定。當(dāng)金屬圓柱從液面拉出時，粘滯力就表現(xiàn) 為圓柱兩旁的液膜以一定的拉力作用于圓柱上，制約其向外拉出。但是現(xiàn)有拉 脫法中測量拉力的裝置都存在測量誤差大，且需要人工操作等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種精度高、自動測量原油粘度的裝置及 方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種拉脫式原油粘度測量裝置，其包括 重力測量裝置，吊棒，容器，直流電機(jī)，所述的吊棒為若干個，且吊棒由直流 電機(jī)勻速驅(qū)動，容器內(nèi)盛裝石油液體。
所述的重力測量裝置采用電阻應(yīng)變片進(jìn)行稱重。
所述的電阻應(yīng)變片通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。所述的直流電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，且采用三星公司的S3C2410處理器。 本發(fā)明還提供了一種測量原油粘度的方法，包括如下步驟測量初始，步 進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動吊棒完全浸沒于石油液體中，此時，步進(jìn)電機(jī)停止工作，測 重部分的值為M,，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，使吊棒勻速緩慢上升，當(dāng)?shù)醢裘可仙缓撩?的時候記錄下此時的重量Mr，通過受力分析可知
O)式中^為液體的密度，v'是吊棒露出液面的體積，也就是吊棒被拉出
液體的體積；
根據(jù)作用力與反作用力定律，在液膜拉出過程中，吊棒對液體的拉力，其
大小等于液膜對吊棒的粘滯力，方向與粘滯力方向相反 尸粘滯力=,拉=— M 一 pgv'
(2) 由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，其每1/3秒鐘提升吊棒的高度為一毫
米，則:
(3) 其中，V是吊棒總的體積，S是吊棒的橫截面積，T是時間；
因此通過測量液體容器在吊棒提拉過程中的重力變化，就可以得到原油粘度 的值。
本發(fā)明的原油粘度測量裝置與方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 由于測重部分使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娮钁?yīng)變片進(jìn)行測量，可
以測量出粘滯力的變化，其測量精度可達(dá)二百萬分之一以上；
(2) 通過設(shè)計出的控制電機(jī)恒定轉(zhuǎn)速部分，實現(xiàn)吊棒勻速被拉出，省去人 工操作，避免人為因素誤差干擾，實現(xiàn)了自動測量，提高了測量的精確度和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明測量裝置的原理圖； 圖2是本發(fā)明測量裝置的硬件框圖3是本發(fā)明測量裝置測重部分的電路圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明 實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
圖1示出了本發(fā)明測量裝置的原理圖，圖中重力測量部分主要負(fù)責(zé)測量液
體的重量。直流電機(jī)驅(qū)動著若干個長為5厘米的吊棒，采用若千個吊棒的好處
在于能擴(kuò)大受力面積，提高測量精度，將指定量的原油液體放入容器中且置于
測重部分上。測量開始，直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動吊棒完全浸沒于石油液體中。此
時，直流電機(jī)停止工作，測重部分的值為M,，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，使吊棒勻速緩慢
上升，當(dāng)?shù)醢裘可仙缓撩椎臅r候記錄下此時的重量Mx，通過受力分析可知，
液體受到自身的重力(這里的重力由吊棒拉出液體體積的變化而不同)，以及吊
棒對液體的拉力，所以在吊棒的拉出液面過程中，傳感器的值Mx為 Mc = Mi -/OgT/— y拉
(1)式中^為液體的密度，v'是吊棒露出液面的體積，也就是吊棒被拉出
液體的體積。
根據(jù)作用力與反作用力定律，在液膜拉出過程中，吊棒對液體的拉力，其 大小等于液膜對吊棒的粘滯力，方向與粘滯力方向相反。
尸粘滯力F拉M1 — ^ —(2) 由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，其每1/3秒鐘提升吊棒的高度為一毫 米，貝IJ:
(3) 其中，V是吊棒總的體積，S是吊棒的橫截面積，T是時間。 通過測量液體容器在測量部分提拉過程中的重力變化，就可以換算出液
體粘度的值。
圖2示出了本發(fā)明測量裝置的硬件框圖，該測量裝置以三星公司的S3C2410 處理器為核心，使得整個測量裝置具有很好的穩(wěn)定性，直流電機(jī)通過轉(zhuǎn)速檢測 電路將轉(zhuǎn)速的值給S3C2410處理器，處理器再通過脈寬調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 速，保證吊棒勻速拉動，因此可測得吊棒被拉出液面的高度，即可得到吊棒的 體積以及液體體積的變化v'，使用重量測量部分對吊棒拉動過程中液體的重力 進(jìn)行測量，由公式(2)可計算出液體表面粘滯力的大小。
選用的三星公司的S3C2410芯片是以ARM9為核心，具有3通道的UART、 4通道的DMA、 4通道的PWM定時器、1/0口、 RTC、 8通道10位ADC、 I2C 總線接口、 2通道的SPI以及PLL時鐘發(fā)生器等，S3C2410的時鐘頻率可達(dá)到 203MHz ,這個工作頻率能夠保證處理器運(yùn)行復(fù)雜的信息處理。在穩(wěn)定性方面， 要比其它單片機(jī)好很多。S3C2410可以實現(xiàn)多任務(wù)處理，將CPU時間、中斷、 1/0、定時器等資源都包裝起來，留給用戶一個標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個任務(wù)的 優(yōu)先級，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時間。
在測量過程中，吊棒被勻速拉出液面，ARM微控制器通過控制脈沖節(jié)拍控 制步進(jìn)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字到角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的 脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度均可以控制。
圖3示出了本發(fā)明測重部分的電路圖。本發(fā)明選用電阻應(yīng)變片的方法對被
測物體進(jìn)行稱重，電阻應(yīng)變式稱重其原理是當(dāng)彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性 變形，使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它 的阻值將發(fā)生變化，通過電橋平衡原理把相應(yīng)的電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化，
從而完成了將外力變換為電信號的過程。此電信號送至S3C2410處理器，將其 轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的重量值。由于電阻式應(yīng)變片對于環(huán)境溫度較為敏感，易產(chǎn)生溫度 漂移。目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性映射能力，對電阻式應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ) 償，根據(jù)實際工作參數(shù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)應(yīng)變片附加溫度誤差的智能補(bǔ)償。本發(fā) 明裝置運(yùn)用了一種基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)變片溫度誤差的補(bǔ)償方法，根據(jù)樣本 參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，其輸出得到補(bǔ)償，使其能降低溫度變化對傳感器輸出的 影響，本發(fā)明裝置還加入恒流三級管提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
如圖3所示，測重部分由4只接作橋路的電阻應(yīng)變片Ra-Rd構(gòu)成。當(dāng)電橋 平衡即沒有重量變化時，Ra*Rc=Rb*Rd,輸出的電壓為零。供橋電壓采用了恒 流、穩(wěn)壓供電。輸入電壓為24V直流電壓。調(diào)整電位器RP，可使恒流三極管 3DH02B輸出IH-40mA的恒定電流。其中，流過10V穩(wěn)壓管的電流I產(chǎn)10mA， 而流過測重部分的電流If30mA。在有重量變化時，應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，Ra的阻 值發(fā)生變化，電橋不平衡，產(chǎn)生電壓信號輸出，即由傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電 壓Vo，由于輸出信號很小，所以經(jīng)電壓放大器LM358送至ARM處理器進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，由于供橋電壓E是用恒流與穩(wěn)壓方式獲得的，有很好的穩(wěn)定性，因此 可保證稱重的準(zhǔn)確性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫 離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種拉脫式原油粘度測量裝置，其特征在于該裝置包括重力測量裝置，吊棒，容器，直流電機(jī)，所述的吊棒為若干個，且吊棒由直流電機(jī)勻速驅(qū)動，容器內(nèi)盛裝石油液體。
2、 如權(quán)利要求1所述的拉脫式原油粘度測量裝置，其特征在于，所述的重 力測量裝置采用電阻應(yīng)變片進(jìn)行稱重。
3、 如權(quán)利要求2所述的拉脫式原油粘度測量裝置，其特征在于，所述的電阻應(yīng)變片通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的拉脫式原油粘度測量裝置，其特征在于， 所述的直流電機(jī)為步迸電機(jī)，且采用三星公司的S3C2410處理器。
5、 一種測量原油粘度的方法，其特征在于包括如下步驟測量初始，步進(jìn) 電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動吊棒完全浸沒于石油液體中，此時，步進(jìn)電機(jī)停止工作，測重 部分的值為M,;步迸電機(jī)反轉(zhuǎn)，使吊棒勻速緩慢上升，當(dāng)?shù)醢裘可仙缓撩椎?時候記錄下此時的重量Mr，通過受力分析可知<formula>formula see original document page 2</formula> (1) 式中p為液體的密度，v'是吊棒露出液面的體積，也就是吊棒被拉出液體的 體積；根據(jù)作用力與反作用力定律，在液膜拉出過程中，吊棒對液體的拉力，其大小等于液膜對吊棒的粘滯力，方向與粘滯力方向相反<formula>formula see original document page 2</formula> (2)由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，其每1/3秒鐘提升吊棒的高度為一毫米，貝U:<formula>formula see original document page 2</formula> (3)其中，V是吊棒總的體積，S是吊棒的橫截面積，T是時間； 因此通過測量液體容器在吊棒提拉過程中的重力變化，從而得到原油粘 度的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉脫式原油粘度測量裝置及方法，其測重部分使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娮钁?yīng)變片進(jìn)行測量，可以測量出粘滯力的變化，其測量精度可達(dá)二百萬分之一以上，通過設(shè)計出的控制電機(jī)恒定轉(zhuǎn)速部分，實現(xiàn)金屬圓柱勻速被拉出，省去人工操作，實現(xiàn)自動測量，提高了測量的精確度和穩(wěn)定性。
文檔編號G01N11/10GK101413864SQ20081022713
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者周世儒, 田景文, 高美娟 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)