专利名称：油水气三相介质测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用同位素方法的自动在线测量仪表，特别是用于原油生产中对原油含水率和含气率进行测量的油水气三相介质测量仪。
在油田原油生产中，对含水率和含气率的测量一直是一非常重要的课题。目前，对含水率和含气率的测量主要采用人工化验方法，也有几种形式的含水分析仪表。但因为原油生产中，开采出来的原油是油水气的三相混合物，而且油水气的比分随时都在变化，所以人工定时取样化验统计的原油含水率和原油的产量具有较大的人为因素和误差。虽然现在有几种含水率分析仪可以对含水率进行在线测量，但由于受原油生产中的温度、压力、密度、结蜡、粘度、水的矿化度等因素的影响，它们很难在测量范围的全程内或在长时间的运行中都能保证有较高的测量精度，特别是在含气较高的工矿条件下，尤为突出。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种采用同位素方法对原油含水率和含气率进行在线测量，通过闪烁探测器探测γ射线并由信号甄别电路输出整形信号，可编程计数器有效的对γ射线进行计数，测量精度高、稳定性好的油水气三相介质测量仪。
本实用新型是这样实现的它的一次仪表由探头、射线源系统、法兰、测量管段、取样管构成，二次仪表由机柜、显示器、计算机、仪表箱、打印机、模数转换器卡、可编程计数器构成，测量管段的两端焊接有标准法兰与石油管道对接，探头与射线源室同轴安装在测量管段的中部，探头与二次仪表相连接，其结构要点是一次仪表的取样管位于上法兰的下部，射线源系统和探头轴线的上部；一次仪表的射线源系统为圆台结构，放射源位于射线源室的前端，圆台的台部有内防护套，内防护套与密封套连接；一次仪表的探头上安装有闪烁探测器，探测器与二次仪表相连；二次仪表的信号甄别电路采用集成电路LM339，每片具有四个独立的电压比较器UIA、UIB、UID、UIC，每路输入／输出采用两个比较器，通过跳键来选择正负信号的输入与输出，其连接结构是，跳键JP13、JP14、JP15分别依次与跳键JP1、JP2，JP3、JP4，JP5、JP6相连，其中JP1、JP3、JP5的左键分别与电容连接，电容分别与比较器UIA的负输入端连接，三个比较器UIA的输出端分别与跳键JP7、JP9、JP11的左键连接，跳键JP1、JP3、JP5的右键通过分别通过电阻与比较器UIB的正输入端连接，UIB的负输入端与UIA的正输入端相连，其输出端分别依次与跳键JP7、JP9、JP11的右键连接构成三路脉冲输入；跳键JP2、JP4、JP6的左键分别依次与电容连接，电容分别与比较器UID的负输入端连接，比较器UID的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的左键连接，跳键JP2、JP4、JP6的右键分别通过电阻与比较器UIC的正输入端连接，UIC的负输入端与UID的负输入端相连，UIC的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的右键连接构成三路脉冲输入；六路脉冲输出端OUT1、、OUT2、、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6分别与可编程计数器连接。可编程计数器采用ISA总线，执行板选任务的译码器U4、U5的译码输出分别与板选开关SW-A连接，执行片选的译码器U6A的四个输出分别与四个8253的片选端CS相连接，四个8253 U9、U10、U11、U12数据总线D0-D7相并联，它们的读控制端RD、写控制WR、地址A0、A1也并联连接，12个异或门的输入端接入输入信号IN1-IN12，它们的输出依次连接计数芯片8253的时钟输入端。所有计数芯片8253的门控端GATE连接在一起，并通过一个电阻R接到+5V电源上。
相比现有技术本实用新型具有以下优点1、一次仪表设计科学合理，可极大的减小使用放射源的强度，屏蔽防护效果好，测量精度高。
2、二次仪表的信号甄别电路，能有效地、正确地对信号甄别和整形，保证在测量不同含水率时而改用不同能量的射线源时，采用同一种电路。
3、本实用新型设计的可编程计数器，能有效地对γ射线计数。并可在很大程度上降低仪器的成本。
4、选用高温闪烁探测器和高稳定性的高压电电源源模块，稳定性好。
附图图面说明
图1是本实用新型结构框图。
图2是本实用新型一次仪表结构示意图。
图3是本实用新型射线源系统结构示意图。
图4是本实用新型探头结构示意图。
图5是本实用新型信号甄别电路连接结构示意图。
图6是本实用新型可编程计数器电路连接结构示意图。
以下结合附图及实施例详述本实用新型。
本实用新型由一次仪表、二次仪表组成。如图1、它的一次仪表分为检测和变送部分。检测部分由射线源、原油、探测器组成，变送部分由流量变送器、温度变送器、压力变送器组成，流量变送器、温度变送器、压力变送器为现有技术，分别与二次仪表连接。探测器与二此仪表的信号甄别电路连接。一次仪表的结构如图2，它由探头6、射线源系统2、上法兰1、测量管段3、取样管5、下法兰4组成，测量管段3的两端焊接有标准法兰1、4与石油管道对接，探头6与射线源系统2同轴安装在测量管段3的中部，轴线的上部。这种设置的目的是为了确保取出的样品是被测量的样品。一次仪表的射线源系统2如图3是一圆台结构，由射线源7、源室9、衬窗18、密封套16、安装法兰8、内、外防护套17、19，顶丝11、螺钉10、12，后盖13、后固定板14、后防护板15组成。射线源7位于射线源室9的前端，圆台的台部有内防护套，内防护套17与密封套16连接；射线源系统2的外部设有外防护套19，射线源室9的后部设有后防护板15及固定板14，固定板14与后防护板15、源室9、源室法兰8通过螺丝10、12紧固。射线源系统2室通过安装法兰8安装在测量管道3上，它的前端有衬窗18。一次仪表的探头6的结构如图4，它与射线源系统2同轴安装在测量管段的中部，由密封套31、衬窗32、安装法兰30、前防震套25、闪烁探测器24、后防震套23、探头套筒27、紧固套28、防爆引线头34、后盖21等组成。射线源和探测器与管道中的原油不直接接触，探头6的接入引线端采用隔爆设计，低压电源和信号线与高压电源线分别由独立的防爆接线端口引入。防爆引线头34的下部有防爆衬垫20。两接线端口互成90度角，安装时引线端口朝斜下方，从而避免在室外安装时雨雪天水流入探测器6。探头6的探头套筒27内安装有闪烁探测器24，它选用GDB37或GDB38高温光电倍增管，配ST102C和ST102D碘化钠闪烁晶体。闪烁探测器24的前后部分别设有防震套25、23，探头套筒27用紧顶丝26紧固，后盖用紧顶丝29紧固。探测器6与二次仪表相连。
如图1，二次仪表由机柜、显示器、计算机、仪表箱、打印机、模数转换器卡、可编程计数器等组成。它的信号甄别电路采用三片集成电路LM339，每片具有四个独立的电压比较器UIA、UIB、UID、UIC，每路输入／输出采用两个比较器，通过跳键来选择正负信号的输入与输出，其连接结构是，跳键JP13、JP14、JP15分别依次与跳键JP1、JP2，JP3、JP4，JP5、JP6相连构成输入跳键，其中JP1、JP3、JP5的左键分别与电容C6、C13、C20连接，电容C6、C13、C20、分别与比较器UIA的负输入端4脚连接，三个比较器UIA的输出端分别与输出跳键JP7、JP9、JP11的左键连接，跳键JP1、JP3、JP5的右键分别通过电阻R6、R8、R23、R25、R39、R41与比较器UIB的正输入端连接，UIB的负输入端的6脚与UIA的正输入端5脚相连，其输出端分别依次与跳键JP7、JP9、JP11的右键连接构成三路脉冲输入、输出；跳键JP2、JP4、JP6的左键分别依次与电容C9、C16、C23连接，电容C9、C16、C23分别与比较器UID的负输入端10脚连接，比较器UID的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的左键连接，跳键JP2、JP4、JP6的右键分别通过电阻R14、R16、R30、R32、R46、R48与比较器UIC的正输入端的9脚连接，UIC的负输入端与UID的正输入端的11脚相连，UIC的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的右键连接构成三路脉冲输入／输出；下面以U1A和U1B组成的电路来说明原理它是通过跳键来选择正负信号的输入和输出，如选择负信号时，跳键JP1和JP7的左边接通，输入信号经电容C6交流耦合到比较器UIA的负向输入端(4脚)，此时选择了UIA工作，而UIB没有信号输入和输出。当选择正信号时输入时，跳键右边接通，此时选择了UIB工作，而UIA没有信号输入和输出。输入信号经电阻R6、R7分压后送到正输入端(7脚)。电位器P1用来调整比较器的参考电压。在没有信号输入时，使UIA和UIB都保证输出低电平。
当探头的输出信号(负信号)输入到比较器时，当信号幅度超过比较器UIA的参考电平时，它的输出由低电平翻转到高电平，而当输入信号结束时，输出又翻转回到低电平。这样通过比较器，将探测器的负指数变化的电压波形，整形成标准的TTL电平的方波信号。对于输入信号中的噪音信号，由于其幅度低于参考电平不能使比较器发生翻转，所以被剔除掉了，电路对信号和噪音进行了有效的甄别。如果电路接收的是正的脉冲信号，UIB同样输出标准的数字脉冲。UIB的正输入端的电容C是为了去掉输入信号的毛刺和抖动，确保输出信号的正确。六路脉冲输出端OUT1、OUT2．、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6分别与可编程计数器连接。
可编程计数器采用ISA总线，执行板选任务的译码器U4、U5的译码输出分别与板选开关SW-A连接，执行片选的译码器U6A的四个输出分别与四个计数器8253的片选端CS相连接，四个计数器8253的 U9、U10、U11、U12数据总线D0-D7相并联，它们的读控制端RD、写控制WR、地址A0、A1也并联连接，12个异或门U13A、U13B、U13C、U14D、U14C、U14A、U14B、U15D、U15C、U15A、U15B的输入端接入输入信号IN1-IN12，它们的输出依次连接计数芯片8253的时钟输入端即U9的CLK0-CLK2，U10的CLK0-CLK2，U11的CLK0-CLK2，和U12的CLK0-CLK2。所有计数芯片8253的门控端GATE连接在一起，并通过一个电阻R接到+5V电源上。
U7C的输出连接到U13A的1脚，U13B的4脚，U13C的9脚，U14D的12脚，U14C的9脚，U13D的12脚，U7B的输入端连接接到U14A的1脚，U14B的4脚，U15D的12脚，U15C的9脚，U15A的1脚和U15B的4脚负责对所有8253输入清零脉冲。
U1的输入端SD0-SD7为数据总线与计算机的数据总线连接，它的输出与8253U9-U12的数据总线D0-D7相接。
U2的输入接计算机的地址SA0-SA7及控制线AEN，所对应的SA0、SA1输出与U9-U12的A0、A1相接，对应的SA2及SA3输出接到U6A译码器的A、B端，对应的SA4、SA5、SA6输出接到U4和U5译码器的A、B、C输入端。对应的SA7输出一路接到U4的4脚E1端，另一路经U7A反相后与U5的E1端连接。
U3的输入接计算机的地址SA8和SA9及读控制线-IOR和写控制-IOW，对应的SA8及SA9输出接到U4和U5的E2和E3端，所对应的-IOW和-IOR与U9、U10、U11、U12的RD和WR相连，并连接到U7C的9脚和U7B的6脚。U3的-IOR和-IOW输出通过U8B、U8D和U8A连接到U1的传能端E和DIR端，来控制数据的进出方向。
板的地址分别可选择为240H、250H、260H、280H、290H。由译码器U6A进行片选，选择4个8253计数器其中的某一片。每片8253有三个计数器和一个控制寄存器，由地址A0和A1进行选择。该电路共有12路计数器，它们的地址为片号名称 地址U9 计数器0 板地址+00H计数器1 板地址+01H计数器2 板地址+02H控制寄存器1 板地址+03HU10 计数器3 板地址+04H计数器4 板地址+05H计数器5 板地址+06H控制寄存器2 板地址+07HU11 计数器6 板地址+08H计数器7 板地址+09H计数器8 板地址+0AH控制寄存器3 板地址+0BHU12计数器9 板地址+0CH计数器10板地址+0DH计数器11板地址+0EH控制寄存器4 板地址+0FH本实用新型的模数转换器卡、计数器插入计算机内的插槽内。仪表箱内安装了包括低压开关电源、高压电源模块、信号甄别电路板、脉冲量端子板和模拟量端子板。二次仪表与一次仪表的连接是通过仪表箱完成的。一次仪表的信号先接入仪表箱，经处理后用扁平电缆与计算机内的模数转换器卡和计数卡连接。
其工作过程是在计数器插入计算机工作时，首先将SW-A中的一位拨通进行选板，(如第一开关闭合选240H)。下面以计数器0来说明本电路的工作原理。计算机先向计数器0所在的8253片发出写命令，即向243H写入控制字，经过U4、U5、U6译码后，选中U9，在由地址A1和A0来选择该片中的控制寄存器，在-IOW写命令的作用下，通过U174LS245双向总线缓冲器将控制字写入。这样一来就规定了计数器0的工作方式、操作类型、计数类型。然后在向240H地址，即计数器0写入计数常数立即启动计数器0开始计数。当计数时间到时，计算机向240H，即计数器0发出读命令，将计数器0的内容通过U1总线缓冲器读入计算机。因为8253没有自清零功能，它必须经过一个输入脉冲以后才能将计数初值打入计数器开始计数。所以在某一次时间间隔内如果没有计数脉冲，那么，所读取的本次间隔内计数器的内容仍为上次的计数值。因此，特别分配了地址2AOH，作为清零地址。只要向该地址发出写命令，由U374LS138译码后，通过U7B、U7C和写信号-IOW相或，在U7B、U7C的输出端就产生一个负脉冲，通过U13A到U15D12个异或门电路，分别送到每一个计数器的时钟输入端，将计数器清零。
权利要求1.一种油水气三相介质测量仪，它的一次仪表由探头、射线源系统、法兰、测量管段、取样管构成，二次仪表由机柜、显示器、计算机、仪表箱、打印机、模数转换器卡、可编程计数器构成，测量管段的两端焊接有标准法兰与石油管道对接，探头与射线源室同轴安装在测量管段的中部，与二次仪表相连接，其特征在于a、一次仪表的取样管位于上法兰的下部，射线源系统和探头轴线的上部；b、一次仪表的射线源系统为圆台结构，放射源位于射线源室的前端，圆台的台部有内防护套，内防护套与密封套连接；c、一次仪表的探头上安装有闪烁探测器，探测器与二次仪表相连，探头的防爆引线头互成90°设置；d、二次仪表的信号甄别电路采用集成电路LM339，每片具有四个独立的电压比较器UIA、UIB、UID、UIC，每路输入／输出采用两个比较器，通过跳键来选择正负信号的输入与输出，其连接结构是，跳键JP13、JP14、JP15分别依次与跳键JP1、JP2，JP3、JP4，JP5、JP6相连，其中JP1、JP3、JP5的左键分别与电容连接，电容分别与比较器UIA的负输入端连接，三个比较器UIA的输出端分别与跳键JP7、JP9、JP11的左键连接，跳键JP1、JP3、JP5的右键分别通过电阻与比较器UIB的正输入端连接，UIB的负输入端与UIA的正输入端相连，其输出端分别依次与跳键JP7、JP9、JP11的右键连接构成三路脉冲输出；跳键JP2、JP4、JP6的左键分别依次与电容连接，电容分别与比较器UID的输入端连接，比较器UID的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的左键连接，跳键JP2、JP4、JP6的右键分别通过电阻与比较器UIC的正输入端连接，UIC的负输入端与UID的正输入端相连，UIC的输出端分别依次与跳键JP8、JP10、JP12的右键连接构成三路脉冲输出；六路脉冲输出端OUT1．、OUT2．、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6分别与可编程计数器连接；e、可编程计数器采用ISA总线，执行板选任务的译码器U4、U5的译码输出分别与板选开关SW-A连接，执行片选的译码器U6A的四个输出分别与四个8253的片选端CS相连接，四个8253U9、U10、U11、U12数据总线D0-D7相并联，它们的读控制端RD、写控制WR、地址A0、A1也并联连接，12个异或门的输入端接入输入信号IN1-IN12，它们的输出依次连接计数芯片8253的时钟输入端。所有计数芯片8253的门控端GATE连接在一起，并通过一个电阻R接到+5V电源上。
2.根据权利要求1所述的油水气三相介质测量仪，其特征在于所述的射线为γ射线。
3.根据权利要求1所述的油水气三相介质测量仪，其特征在于可编程计数器的译码器U5的输出13脚分别与译码器U7B的5脚，U7c的8脚相连。
4.根据权利要求1所述的油水气三相介质测量仪，其特征在于可编程计数器的译码器U7C的输出端连接到U13A、U13B、U13C、U14D、U14C和U13D的输入端，U7B的输出与U14A、U14B、U15D、U15、U15C、U15A和U15B的输入端连接。
专利摘要本实用新型公开了一种油水气三相介质测量仪,它的一次仪表的取样管位于上法兰的下部,射线源系统、探头轴线的上部;其射线源室为圆台结构,放射源位于射线源室的前端,圆台的台部有内防护套,它的探头上安装有闪烁探测器,探测器与二次仪表相连;二次仪表的信号甄别电路采用集成电路LM339,通过跳键来选择正负信号的输入与输出,六路脉冲输出端分别与可编程计数器连接;可编程计数器、可编程模数转换器与工程计算机相连。本测量仪测量精度高,系统稳定性强,是原油生产中理想的测量仪器。
文档编号G01N23/02GK2430683SQ0024568
公开日2001年5月16日 申请日期2000年8月4日 优先权日2000年8月4日
发明者王妹香 申请人:王妹香