專利名稱：大罐多相剖面測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大罐內(nèi)氣、液、固位層測量和計(jì)量的大罐多相剖面測量裝 置。特別適用于脫水罐、沉降罐、儲油罐、污水罐的液位、油水過度層的測量 和描述。
技術(shù)背景精確、穩(wěn)定、連續(xù)地測量大罐內(nèi)不同物質(zhì)的界面分布、重量(體積量)等 變量，并實(shí)時顯示和繪制出灌內(nèi)不同液體剖面是精確控制大罐進(jìn)出液量提高工 作效率和工作質(zhì)量的關(guān)鍵。以脫水罐為例，大罐液面參數(shù)測量難點(diǎn)在于如何精 確、穩(wěn)定、'連續(xù)地測量油水界面、含水高度、原油高度和油水過度層的厚度。 目前，國內(nèi)外用于監(jiān)測原油儲罐內(nèi)油水界面的產(chǎn)品主要有浮子式、射頻導(dǎo)納式、 雷達(dá)(微波)式，電阻法等原理的相關(guān)產(chǎn)品。其中浮子式的原理是利用油和水 的密度不同，所產(chǎn)生的浮力差異，通過調(diào)整浮球配重使浮球漂浮在油水界面上， 然后測量浮子的位置來測量油水界面的位置，由于油水的密度差異很小， 一般水的密度為1，原油密度在0.98-0.99左右，浮子的配重很難調(diào)整，而且原油 生產(chǎn)工程中，油水不斷攪動，浮子不能準(zhǔn)確浮在油水界面上。射頻導(dǎo)納式的原 理實(shí)質(zhì)是把整個罐看作一個電容體，由于罐內(nèi)介質(zhì)的多少而電容有變化，從而 測量油水界面的位置，但是由于是單電容結(jié)構(gòu)，測量值隨罐內(nèi)溫度，原油介電 常數(shù)和原油的多少等因素的變化而變化，從而帶來很大測量誤差。雷達(dá)式的原 理是利用微波碰到密度變化的界面會產(chǎn)生反射的原理，通過測量發(fā)射和反射波 的時間差來測量界面位置，但由于油水的密度差別不大，且油水油過渡層的存 在，會吸收大部分雷達(dá)波，儀表檢測不到反射波而測量不到油水界面層。電阻法是利用油不導(dǎo)電，而水導(dǎo)電的原理使用萬用表測量是否導(dǎo)電來測量油水界面 的位置，由于是否測量導(dǎo)電的測試點(diǎn)須和油水直接接觸，由于原油的粘稠特性， 很容易在測量點(diǎn)處結(jié)垢而成為絕緣體，從而必須每次擦拭才能保證測量效果， 非常不方便，而且油水過渡層的導(dǎo)電性能是逐漸變化的，不容易判斷界面的準(zhǔn) 確位置。從以上幾種測量方法可以看出，不論是定點(diǎn)測量還是連續(xù)測量都無法 滿足含水油罐或含油水罐以及脫水罐中水位、油位、油——水過度層以及油量、 水量的精確測量和定量描述。由此就給脫水罐進(jìn)出液量的精確控制以及提高脫 水效率和脫水質(zhì)量的工藝控制帶來了很大的盲目性。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠精確、穩(wěn) 定、連續(xù)地測量不同物質(zhì)界面分布的高度或厚度，并實(shí)時進(jìn)行數(shù)字顯示的大罐 多相剖面測量裝置。該技術(shù)經(jīng)過對多種相關(guān)儀表的使用分析對比、結(jié)合多年的 生產(chǎn)實(shí)踐，采用逐點(diǎn)阻抗測量技術(shù)完成的。其技術(shù)方案包括 一種大罐多相剖面測量裝置，包括罐內(nèi)傳感器和信號處 理器、顯示儀表。所述的傳感器為柔性過渡帶傳感器，該傳感器基帶的中心線 上間隔分布著多個信號采集單元和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路外側(cè)是柔性短 波振子，最外側(cè)是聚四氟乙烯層，所有電信號經(jīng)過設(shè)置在基帶上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接到信號處理器；所 述的信號處理器采用數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，連接外部存儲器和電源電路，并在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有與柔性過渡帶傳感器和顯示儀表連接的端口；所述 的顯示儀表為數(shù)字式顯示儀表，包括電源、顯示驅(qū)動電路和數(shù)字顯示屏。另一種方案的大罐多相剖面測量裝置，包括罐內(nèi)傳感器和信號處理器、顯示儀表。所述的傳感器為柔性過渡帶傳感器，該傳感器基帶的中心線上間隔分 布著多個信號采集單元和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路外側(cè)是柔性短波振子， 最外側(cè)是聚四氟乙烯層；所述的信號處理器采用數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，外圍連接有外部存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和電源電路，來自柔性過渡帶傳感器的電信號 接入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接到數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有顯示儀表連接的端口 ；所述的顯示儀表為數(shù)字式顯示儀表，包括電源、顯示驅(qū)動電路和數(shù)字顯示屏。上述兩種方案的基礎(chǔ)上，在信號處理電路的數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上還設(shè)置 有與計(jì)算機(jī)連接的接口，通過計(jì)算機(jī)專用的控制軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的描 述和處理。本實(shí)用新型的效果該裝置可精確測量、描述罐內(nèi)不同物質(zhì)的液量及過度 帶分布；經(jīng)過計(jì)算給出大罐總液量、不同介質(zhì)單一量。特別適用于脫水罐、沉 降罐、儲油罐、污水罐的液位、油水過度層的測量和描述。通過與計(jì)算機(jī)連接 和專有的模糊控制、自學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件結(jié)合可實(shí)現(xiàn)單一大罐以及集輸罐群的進(jìn)出 液量、界面高度、油——水過渡帶厚度實(shí)施精確控制；從而大幅度提高大罐運(yùn) 行效率和運(yùn)行質(zhì)量。


附圖1是一種實(shí)施例的安裝示意圖；附圖2是柔性過渡帶傳感器部分的局 部結(jié)構(gòu)圖；附圖3是整個系統(tǒng)的電路原理框圖；附圖4是顯示儀表部分的接線圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖以原油脫水罐為例進(jìn)行詳細(xì)說明。參照附圖l，大罐的罐體4上設(shè)有罐口 5，從罐口 5向下的罐內(nèi)通過吊錘9垂直吊有吊繩7，柔性過渡帶傳感器8沿吊繩7垂直吊掛在罐體4內(nèi)的一側(cè)內(nèi)壁 附近。柔性過渡帶傳感器8的通信線6 ii接到罐體4外的信號處理器10和顯示 儀表ll、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)12。圖中.l、 2、 3分別代表水層、油水過渡層和油層。 其工作原理:傳感器通過數(shù)據(jù)采集電路板上的信號采集單元采集信號，通過柔性 短波振子采集測量接觸傳感器外壁的聚四氟乙烯層的介質(zhì)到罐壁之間的阻抗， 然后模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線傳送到前置信號 處理單元進(jìn)行計(jì)算處理。由于采用數(shù)字信號傳送方式，所以系統(tǒng)抗干擾性能十 分理想，采集的信號精確不失真，從而能夠?qū)τ土俊⑺窟M(jìn)行精確測量和定量 描述，且系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定。參照附圖2，柔性過渡帶傳感器8的中心線上是數(shù)據(jù)采集電路16，是由柔 性短波振子15和傳感器外壁到罐壁間的分布電容組成的震蕩電路，用來測量接 觸柔性過渡帶傳感器外壁的介質(zhì)到罐壁的阻抗數(shù)值，在數(shù)據(jù)采集電路16上間隔 分布著多個信號采集單元17和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號) 18，本電路模數(shù)轉(zhuǎn)換是利用PIC17芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成的，在數(shù)據(jù)采集電 路的外層(側(cè))分別是柔性短波振子15和聚四氟乙烯層14。柔性短波振子15 是按照發(fā)射短波的波長尺寸用金屬繞制的天線；使用聚四氟乙烯層14作為傳感 器的外壁，是利用四氟乙烯和原油不會粘附的特性，從而消除原油粘附傳感器 外壁帶來的測量誤差。數(shù)據(jù)采集電路16上端設(shè)有與外部信號處理器11連接的 接線端口 13。外部存儲器使用芯片微芯公司生產(chǎn)的24LC16芯片；顯示儀表使用青云公司 生產(chǎn)的LM141顯示屏，微處理芯片DSP使用美國德州TMS320F240芯片。 參照附圖3，信號處理器是以數(shù)據(jù)微處理芯片DSP為核心，外接有外部存儲器、與柔性過渡帶傳感器連接的串行通信總線接口和電源電路，來自柔性過 渡帶傳感器的模擬電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接到數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有顯示儀表連接的端口，該端口接入顯示驅(qū)動電路后，連接到數(shù)字顯示屏上。此外在信號處理電路的數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上還設(shè)置有與計(jì)算機(jī)連接的485總 線驅(qū)動接口 ，通過計(jì)算機(jī)專用的控制軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的描述和處理。原理框圖說明電源部分為24V輸和電池輸入兩種供電方式；顯示部分的 顯示屏上排顯示液位，下排顯示水位，單位厘米，小數(shù)點(diǎn)后顯示1位數(shù)；數(shù)據(jù)處理芯片(DSP)選用功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)微處理芯片，通過分析計(jì)算傳感器傳送來 的大量數(shù)據(jù)，對油量、水量進(jìn)行精確測量和定量描述；外部存儲器用2個通用 端口模擬I2C通信，完成計(jì)算數(shù)據(jù)的寫入和讀出；485總線驅(qū)動為芯片自有光電隔離系統(tǒng)。參照附圖4，顯示儀表VDD、 COM、 GND為儀表內(nèi)部接線， 一般由儀表廠 家專業(yè)技術(shù)人員完成操作；+24、 A+、 B-、 GND儀表在24V供電的情況下，根 據(jù)所測液位經(jīng)計(jì)算后經(jīng)RS-485 口輸出相應(yīng)的數(shù)字量，供其他儀表或設(shè)備使用。 各端子定義如下+24V--儀表電源正極，范圍為9 25V; GND---儀表電源負(fù)極， 即電源接地端；A+、 B---485接口； SH-…接通信線屏蔽層；VDD—--傳感器供 電端子；COM…-傳感器信號端子；GND…-傳感器共地；RESET…儀表通信參 數(shù)設(shè)置；UP、 DOWN為參數(shù)調(diào)整按鍵。通信接口的使用本儀表使用異步串行通信接口，接口電平符合RS-485標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定，其通信方式為主從式通信方式，通信距離1千米，接口采用光電隔離技術(shù)。通信過程通信方式為主從式通信方式，本儀表作為從機(jī)使用，由主機(jī)向從機(jī)發(fā)送一個命令，從機(jī)接收命令后，給出一個應(yīng)答信號即可完成一次通信。波特率可以設(shè)定為1200pbs， 4800bps , 9600bps， 19200bps;通信碼ASCII 7位 碼。數(shù)據(jù)格式8位數(shù)據(jù)位，l位起始位，l位停止位，無奇偶校驗(yàn)位。上位機(jī)讀數(shù)據(jù)命令幀格式標(biāo)志:# (23H) 儀表地址(00-FF) 回車(0DH)下位機(jī)數(shù)據(jù)應(yīng)答命令幀格式:標(biāo)志:〉(3EH)+yyyyy+SSSSS十ttttt回車(0DH)yyyyy表示液位，5位數(shù)字，單位毫米 十sssss表示水位，5位數(shù)字，單位毫米 十ttttt表示溫度，5位數(shù)字，單位。C 例如儀表的地址設(shè)置為07H則主機(jī)發(fā)送#07/ (16進(jìn)制2330370D) 儀表應(yīng)答>+12050+10026+00062/(16進(jìn)制3E2B31323035302B31303032362B30303036320D) 表示儀表計(jì)算的大罐液位12.05米，水位10.026米，溫度62°C注意事項(xiàng)由于儀表的運(yùn)算工作量非常大，每次采集，運(yùn)算大約6秒的時間，主機(jī)呼叫一次，儀表采集一次，為了不影響采集精度，和通信響應(yīng)速度，主機(jī)呼叫本儀表的頻率應(yīng)不大于4次/分鐘。 操作方法測量如果是電池供電，每次讀數(shù)時需要按一下儀表底部的測量鍵，儀表 開始采集數(shù)據(jù)，進(jìn)度指示一次采集的進(jìn)度，數(shù)秒后，顯示水位和液位及溫度， 然后顯示10秒，關(guān)閉顯示，進(jìn)入低耗狀態(tài)。如果儀表是外部供電，則一直顯示采集的數(shù)據(jù)，不進(jìn)入低耗狀態(tài)。 安裝高度設(shè)置操作當(dāng)儀表的傳感器安裝完畢時需要設(shè)置安裝高度，此時只需進(jìn)入安裝高度設(shè) 置界面，輸入相應(yīng)的液位和水位，儀表自動記錄并計(jì)算安裝高度。進(jìn)入方式按住UP和DOWN兩鍵不放，然后給儀表上電，或按表殼下面的測量鍵，等待顯示"SETHS"畫面后松開，進(jìn)入安裝高度設(shè)置界面。調(diào)整方法進(jìn)入安裝高度設(shè)置界面后，液位數(shù)值開始閃爍，然后按"UP" 數(shù)值上升，按"DOWN"數(shù)值下降。調(diào)整液位到合適值后，等待儀表顯示"SAVE"， 此時液位調(diào)整完畢，水位數(shù)值開始閃爍，按同樣方法調(diào)整水位即可。原理及功能傳感器通過采集對接觸其外壁的介質(zhì)到罐壁的阻抗，計(jì)算， 顯示液面，界面；自適應(yīng)分段參比算法和傳感器聚四氟乙烯外壁的特點(diǎn)，使掛 料對精度的影響減少到最小；信息處理中的"自我學(xué)習(xí)"系統(tǒng)能夠自動適應(yīng)不 同罐內(nèi)的油，氣，水因溫度，液體成分不同而造成對測量精度的影響；預(yù)置微 機(jī)接口電路，可方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，進(jìn)行人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)自動化控制，節(jié)約 人力資源，提高工作效率；配套的工控軟件，可方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取、報(bào)表打 印、網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳送等功能。產(chǎn)品特點(diǎn):種類齊全，廣泛適用于脫水罐、沉降罐、儲油罐、污水罐等設(shè)備 的液位測量和界面描述；測量儀表傳感器外壁使用聚四氟乙烯材料，可測量腐 蝕性介質(zhì)；采用逐點(diǎn)阻抗測量技術(shù)技術(shù)，對罐中水位、油位、油一水過渡層逐 段分析含水率，從而對油量、水量進(jìn)行精確測量和定量描述，性能穩(wěn)定，精度 高達(dá)0.2%;本儀表選用功能強(qiáng)大的微處理芯片，并配合設(shè)計(jì)優(yōu)良的應(yīng)用軟件， 防爆、防水，低功耗，可靠性高；全密封設(shè)計(jì)，可在露天下長期工作。
權(quán)利要求1、一種大罐多相剖面測量裝置，包括罐內(nèi)傳感器和信號處理器、顯示儀表，其特征是所述的傳感器為柔性過渡帶傳感器，該傳感器基帶的中心線上間隔分布著多個信號采集單元和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路外側(cè)是柔性短波振子，最外側(cè)是聚四氟乙烯層，所有電信號經(jīng)過設(shè)置在基帶上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接到信號處理器；所述的信號處理器采用數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，連接外部存儲器和電源電路，并在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有與柔性過渡帶傳感器和顯示儀表連接的端口；所述的顯示儀表為數(shù)字式顯示儀表，包括電源、顯示驅(qū)動電路和數(shù)字顯示屏。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大罐多相剖面測量裝置，其特征是在信號處理 電路的數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上還設(shè)置有與計(jì)算機(jī)連接的接口 。
3、 一種大罐多相剖面測量裝置，包括罐內(nèi)傳感器和信號處理器、顯示儀表， 其特征是所述的傳感器為柔性過渡帶傳感器，該傳感器基帶的中心線上間隔 分布著多個信號采集單元和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路外側(cè)是柔性短波振子， 最外側(cè)是聚四氟乙烯層；所述的信號處理器采用數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，外圍連 接有外部存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和電源電路，來自柔性過渡帶傳感器的電信號 接入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接 到數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有顯示儀表連接的端口；所述的顯示儀表為數(shù)字式顯示儀表，包括電源、顯示驅(qū)動電路和數(shù)字顯示屏。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大罐多相剖面測量裝置，其特征是在信號處理 電路的數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上還設(shè)置有與計(jì)算機(jī)連接的接口 。
專利摘要本實(shí)用新型涉及大罐多相剖面測量裝置。包括罐內(nèi)傳感器和信號處理器、顯示儀表。傳感器基帶的中心線上間隔分布著多個信號采集單元和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路外側(cè)是柔性短波振子，最外側(cè)是聚四氟乙烯層，所有電信號經(jīng)過設(shè)置在基帶上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，通過串行通信總線連接到信號處理器；信號處理器采用數(shù)據(jù)微處理芯片DSP，連接外部存儲器和電源電路，并在數(shù)據(jù)微處理芯片DSP上設(shè)有與傳感器和顯示儀表連接的端口；顯示儀表為數(shù)字式顯示儀表，包括電源、顯示驅(qū)動電路和數(shù)字顯示屏。該裝置可精確測量、描述罐內(nèi)不同物質(zhì)的液量及過度帶分布，從而大幅度提高大罐運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。
文檔編號G01F23/22GK201166575SQ20082001911
公開日2008年12月17日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者張小虎, 張紅軍, 新 田 申請人:廣饒大金科技有限公司