专利名称：大罐多相剖面测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大罐内气、液、固位层测量和计量的大罐多相剖面测量装 置。特别适用于脱水罐、沉降罐、储油罐、污水罐的液位、油水过度层的测量 和描述。
技术背景精确、稳定、连续地测量大罐内不同物质的界面分布、重量(体积量)等 变量，并实时显示和绘制出灌内不同液体剖面是精确控制大罐进出液量提高工 作效率和工作质量的关键。以脱水罐为例，大罐液面参数测量难点在于如何精 确、稳定、'连续地测量油水界面、含水高度、原油高度和油水过度层的厚度。 目前，国内外用于监测原油储罐内油水界面的产品主要有浮子式、射频导纳式、 雷达(微波)式，电阻法等原理的相关产品。其中浮子式的原理是利用油和水 的密度不同，所产生的浮力差异，通过调整浮球配重使浮球漂浮在油水界面上， 然后测量浮子的位置来测量油水界面的位置，由于油水的密度差异很小， 一般水的密度为1，原油密度在0.98-0.99左右，浮子的配重很难调整，而且原油 生产工程中，油水不断搅动，浮子不能准确浮在油水界面上。射频导纳式的原 理实质是把整个罐看作一个电容体，由于罐内介质的多少而电容有变化，从而 测量油水界面的位置，但是由于是单电容结构，测量值随罐内温度，原油介电 常数和原油的多少等因素的变化而变化，从而带来很大测量误差。雷达式的原 理是利用微波碰到密度变化的界面会产生反射的原理，通过测量发射和反射波 的时间差来测量界面位置，但由于油水的密度差别不大，且油水油过渡层的存 在，会吸收大部分雷达波，仪表检测不到反射波而测量不到油水界面层。电阻法是利用油不导电，而水导电的原理使用万用表测量是否导电来测量油水界面 的位置，由于是否测量导电的测试点须和油水直接接触，由于原油的粘稠特性， 很容易在测量点处结垢而成为绝缘体，从而必须每次擦拭才能保证测量效果， 非常不方便，而且油水过渡层的导电性能是逐渐变化的，不容易判断界面的准 确位置。从以上几种测量方法可以看出，不论是定点测量还是连续测量都无法 满足含水油罐或含油水罐以及脱水罐中水位、油位、油——水过度层以及油量、 水量的精确测量和定量描述。由此就给脱水罐进出液量的精确控制以及提高脱 水效率和脱水质量的工艺控制带来了很大的盲目性。 实用新型内容本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够精确、稳 定、连续地测量不同物质界面分布的高度或厚度，并实时进行数字显示的大罐 多相剖面测量装置。该技术经过对多种相关仪表的使用分析对比、结合多年的 生产实践，采用逐点阻抗测量技术完成的。其技术方案包括 一种大罐多相剖面测量装置，包括罐内传感器和信号处 理器、显示仪表。所述的传感器为柔性过渡带传感器，该传感器基带的中心线 上间隔分布着多个信号采集单元和数据采集电路，数据采集电路外侧是柔性短 波振子，最外侧是聚四氟乙烯层，所有电信号经过设置在基带上的模数转换模 块将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接到信号处理器；所 述的信号处理器采用数据微处理芯片DSP，连接外部存储器和电源电路，并在数据微处理芯片DSP上设有与柔性过渡带传感器和显示仪表连接的端口；所述 的显示仪表为数字式显示仪表，包括电源、显示驱动电路和数字显示屏。另一种方案的大罐多相剖面测量装置，包括罐内传感器和信号处理器、显示仪表。所述的传感器为柔性过渡带传感器，该传感器基带的中心线上间隔分 布着多个信号采集单元和数据采集电路，数据采集电路外侧是柔性短波振子， 最外侧是聚四氟乙烯层；所述的信号处理器采用数据微处理芯片DSP，外围连接有外部存储器、模数转换模块和电源电路，来自柔性过渡带传感器的电信号 接入模数转换模块后将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接到数据微处理芯片DSP，在数据微处理芯片DSP上设有显示仪表连接的端口 ；所述的显示仪表为数字式显示仪表，包括电源、显示驱动电路和数字显示屏。上述两种方案的基础上，在信号处理电路的数据微处理芯片DSP上还设置 有与计算机连接的接口，通过计算机专用的控制软件对数据进行更进一步的描 述和处理。本实用新型的效果该装置可精确测量、描述罐内不同物质的液量及过度 带分布；经过计算给出大罐总液量、不同介质单一量。特别适用于脱水罐、沉 降罐、储油罐、污水罐的液位、油水过度层的测量和描述。通过与计算机连接 和专有的模糊控制、自学习系统软件结合可实现单一大罐以及集输罐群的进出 液量、界面高度、油——水过渡带厚度实施精确控制；从而大幅度提高大罐运 行效率和运行质量。
附图1是一种实施例的安装示意图；附图2是柔性过渡带传感器部分的局 部结构图；附图3是整个系统的电路原理框图；附图4是显示仪表部分的接线图。
具体实施方式
以下结合附图以原油脱水罐为例进行详细说明。参照附图l，大罐的罐体4上设有罐口 5，从罐口 5向下的罐内通过吊锤9垂直吊有吊绳7，柔性过渡带传感器8沿吊绳7垂直吊挂在罐体4内的一侧内壁 附近。柔性过渡带传感器8的通信线6 ii接到罐体4外的信号处理器10和显示 仪表ll、计算机处理系统12。图中.l、 2、 3分别代表水层、油水过渡层和油层。 其工作原理:传感器通过数据采集电路板上的信号采集单元采集信号，通过柔性 短波振子采集测量接触传感器外壁的聚四氟乙烯层的介质到罐壁之间的阻抗， 然后模数转换单元将信号转变成数字信号，通过串行通信总线传送到前置信号 处理单元进行计算处理。由于采用数字信号传送方式，所以系统抗干扰性能十 分理想，采集的信号精确不失真，从而能够对油量、水量进行精确测量和定量 描述，且系统运行性能稳定。参照附图2，柔性过渡带传感器8的中心线上是数据采集电路16，是由柔 性短波振子15和传感器外壁到罐壁间的分布电容组成的震荡电路，用来测量接 触柔性过渡带传感器外壁的介质到罐壁的阻抗数值，在数据采集电路16上间隔 分布着多个信号采集单元17和一个模数转换模块(模拟信号转变成数字信号) 18，本电路模数转换是利用PIC17芯片的模数转换模块完成的，在数据采集电 路的外层(侧)分别是柔性短波振子15和聚四氟乙烯层14。柔性短波振子15 是按照发射短波的波长尺寸用金属绕制的天线；使用聚四氟乙烯层14作为传感 器的外壁，是利用四氟乙烯和原油不会粘附的特性，从而消除原油粘附传感器 外壁带来的测量误差。数据采集电路16上端设有与外部信号处理器11连接的 接线端口 13。外部存储器使用芯片微芯公司生产的24LC16芯片；显示仪表使用青云公司 生产的LM141显示屏，微处理芯片DSP使用美国德州TMS320F240芯片。 参照附图3，信号处理器是以数据微处理芯片DSP为核心，外接有外部存储器、与柔性过渡带传感器连接的串行通信总线接口和电源电路，来自柔性过 渡带传感器的模拟电信号通过模数转换模块后将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接到数据微处理芯片DSP，在数据微处理芯片DSP上设有显示仪表连接的端口，该端口接入显示驱动电路后，连接到数字显示屏上。此外在信号处理电路的数据微处理芯片DSP上还设置有与计算机连接的485总 线驱动接口 ，通过计算机专用的控制软件对数据进行更进一步的描述和处理。原理框图说明电源部分为24V输和电池输入两种供电方式；显示部分的 显示屏上排显示液位，下排显示水位，单位厘米，小数点后显示1位数；数据处理芯片(DSP)选用功能强大的数据微处理芯片，通过分析计算传感器传送来 的大量数据，对油量、水量进行精确测量和定量描述；外部存储器用2个通用 端口模拟I2C通信，完成计算数据的写入和读出；485总线驱动为芯片自有光电隔离系统。参照附图4，显示仪表VDD、 COM、 GND为仪表内部接线， 一般由仪表厂 家专业技术人员完成操作；+24、 A+、 B-、 GND仪表在24V供电的情况下，根 据所测液位经计算后经RS-485 口输出相应的数字量，供其他仪表或设备使用。 各端子定义如下+24V--仪表电源正极，范围为9 25V; GND---仪表电源负极， 即电源接地端；A+、 B---485接口； SH-…接通信线屏蔽层；VDD—--传感器供 电端子；COM…-传感器信号端子；GND…-传感器共地；RESET…仪表通信参 数设置；UP、 DOWN为参数调整按键。通信接口的使用本仪表使用异步串行通信接口，接口电平符合RS-485标 准规定，其通信方式为主从式通信方式，通信距离1千米，接口采用光电隔离技术。通信过程通信方式为主从式通信方式，本仪表作为从机使用，由主机向从机发送一个命令，从机接收命令后，给出一个应答信号即可完成一次通信。波特率可以设定为1200pbs， 4800bps , 9600bps， 19200bps;通信码ASCII 7位 码。数据格式8位数据位，l位起始位，l位停止位，无奇偶校验位。上位机读数据命令帧格式标志:# (23H) 仪表地址(00-FF) 回车(0DH)下位机数据应答命令帧格式:标志:〉(3EH)+yyyyy+SSSSS十ttttt回车(0DH)yyyyy表示液位，5位数字，单位毫米 十sssss表示水位，5位数字，单位毫米 十ttttt表示温度，5位数字，单位。C 例如仪表的地址设置为07H则主机发送#07/ (16进制2330370D) 仪表应答>+12050+10026+00062/(16进制3E2B31323035302B31303032362B30303036320D) 表示仪表计算的大罐液位12.05米，水位10.026米，温度62°C注意事项由于仪表的运算工作量非常大，每次采集，运算大约6秒的时间，主机呼叫一次，仪表采集一次，为了不影响采集精度，和通信响应速度，主机呼叫本仪表的频率应不大于4次/分钟。 操作方法测量如果是电池供电，每次读数时需要按一下仪表底部的测量键，仪表 开始采集数据，进度指示一次采集的进度，数秒后，显示水位和液位及温度， 然后显示10秒，关闭显示，进入低耗状态。如果仪表是外部供电，则一直显示采集的数据，不进入低耗状态。 安装高度设置操作当仪表的传感器安装完毕时需要设置安装高度，此时只需进入安装高度设 置界面，输入相应的液位和水位，仪表自动记录并计算安装高度。进入方式按住UP和DOWN两键不放，然后给仪表上电，或按表壳下面的测量键，等待显示"SETHS"画面后松开，进入安装高度设置界面。调整方法进入安装高度设置界面后，液位数值开始闪烁，然后按"UP" 数值上升，按"DOWN"数值下降。调整液位到合适值后，等待仪表显示"SAVE"， 此时液位调整完毕，水位数值开始闪烁，按同样方法调整水位即可。原理及功能传感器通过采集对接触其外壁的介质到罐壁的阻抗，计算， 显示液面，界面；自适应分段参比算法和传感器聚四氟乙烯外壁的特点，使挂 料对精度的影响减少到最小；信息处理中的"自我学习"系统能够自动适应不 同罐内的油，气，水因温度，液体成分不同而造成对测量精度的影响；预置微 机接口电路，可方便的进行数据上传，进行人机对话，实现自动化控制，节约 人力资源，提高工作效率；配套的工控软件，可方便的实现数据存取、报表打 印、网上数据传送等功能。产品特点:种类齐全，广泛适用于脱水罐、沉降罐、储油罐、污水罐等设备 的液位测量和界面描述；测量仪表传感器外壁使用聚四氟乙烯材料，可测量腐 蚀性介质；采用逐点阻抗测量技术技术，对罐中水位、油位、油一水过渡层逐 段分析含水率，从而对油量、水量进行精确测量和定量描述，性能稳定，精度 高达0.2%;本仪表选用功能强大的微处理芯片，并配合设计优良的应用软件， 防爆、防水，低功耗，可靠性高；全密封设计，可在露天下长期工作。
权利要求1、一种大罐多相剖面测量装置，包括罐内传感器和信号处理器、显示仪表，其特征是所述的传感器为柔性过渡带传感器，该传感器基带的中心线上间隔分布着多个信号采集单元和数据采集电路，数据采集电路外侧是柔性短波振子，最外侧是聚四氟乙烯层，所有电信号经过设置在基带上的模数转换模块将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接到信号处理器；所述的信号处理器采用数据微处理芯片DSP，连接外部存储器和电源电路，并在数据微处理芯片DSP上设有与柔性过渡带传感器和显示仪表连接的端口；所述的显示仪表为数字式显示仪表，包括电源、显示驱动电路和数字显示屏。
2、 根据权利要求1所述的大罐多相剖面测量装置，其特征是在信号处理 电路的数据微处理芯片DSP上还设置有与计算机连接的接口 。
3、 一种大罐多相剖面测量装置，包括罐内传感器和信号处理器、显示仪表， 其特征是所述的传感器为柔性过渡带传感器，该传感器基带的中心线上间隔 分布着多个信号采集单元和数据采集电路，数据采集电路外侧是柔性短波振子， 最外侧是聚四氟乙烯层；所述的信号处理器采用数据微处理芯片DSP，外围连 接有外部存储器、模数转换模块和电源电路，来自柔性过渡带传感器的电信号 接入模数转换模块后将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接 到数据微处理芯片DSP，在数据微处理芯片DSP上设有显示仪表连接的端口；所述的显示仪表为数字式显示仪表，包括电源、显示驱动电路和数字显示屏。
4、 根据权利要求3所述的大罐多相剖面测量装置，其特征是在信号处理 电路的数据微处理芯片DSP上还设置有与计算机连接的接口 。
专利摘要本实用新型涉及大罐多相剖面测量装置。包括罐内传感器和信号处理器、显示仪表。传感器基带的中心线上间隔分布着多个信号采集单元和数据采集电路，数据采集电路外侧是柔性短波振子，最外侧是聚四氟乙烯层，所有电信号经过设置在基带上的模数转换模块将模拟信号信号转变成数字信号，通过串行通信总线连接到信号处理器；信号处理器采用数据微处理芯片DSP，连接外部存储器和电源电路，并在数据微处理芯片DSP上设有与传感器和显示仪表连接的端口；显示仪表为数字式显示仪表，包括电源、显示驱动电路和数字显示屏。该装置可精确测量、描述罐内不同物质的液量及过度带分布，从而大幅度提高大罐运行效率和运行质量。
文档编号G01F23/22GK201166575SQ20082001911
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者张小虎, 张红军, 新 田 申请人:广饶大金科技有限公司