专利名称：一种基于双模态传感器的多相界面液位的测量装置与方法
技术领域：
本发明属于多相界面液位测量技术领域，涉及一种基于电容/电阻式双模态传感 器的测量系统。
背景技术：
从油井中直接采出的原油里含有大量水、泥沙和天然气，通过三相分离器的分离， 就会在储油罐中形成泥沙/水、水/油、天然气/油等几种界面。为了测定储油罐中的原油 量，就必须首先测量出储油罐内原油的上液位和下液位。显然，为了达到这个目的，需要设 计一种多项界面测控系统。目前，传统的电容式液位测量系统仅能检测出单一界面位置，当同时检测多相界 面的位置时，仅用一对电极是无法达到目的。利用多电极的传感器结构(加参考文献)，从 理论上可以区分气/油/水界面，但是从油井中直接采出的水主要是海水，海水的导电率较 高(可达5西门/米)，由于水的导电短路效应，其电容测量值不与水的介电常数成正比，往 往远小于理论值，因此在实际中测电容无法准确区分海水/油的界面。
发明内容
针对以上提到现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的提出一种利用电容/电 阻式双模态传感器的测量装置。本发明利用电容测量，可以准确分辨气/油界面，而利用电 阻测量，可以准确分辨水/油界面。本发明采用如下的技术方案一种基于电容/电阻式双模态传感器的多相界面液位的测量装置，用于测量多相 界面的液位，包括上位计算机、信号发生单元、功率放大器、模拟多路开关、电容/电阻式双 模态传感器和信号采集单元，所述的电容/电阻式双模态传感器包括分布在同一个平面上 的NX3电极阵列，N为大于或等于3的整数，其中，第一列和第二列的电极均为矩形电极， 第三列电极的电极形状为圆形，其尺寸小于第一列和第二列的电极，位于同列的电极为相 同材质、大小的电极，极间间距也相同；测量时，将该传感器竖直放置于待测多相液体中，由 上位计算机控制模拟多路开关选通从下至上依次选通位于第一列的电极或第二列的一个 电极，并同时选通与所选通的电极位于同一行但位于第三列的另一个电极；通过信号发生 单元和功率放大器向选通的两个电极施加激励电压信号，由信号采集单元采集该两个电极 的感应电流并送入上位计算机，由上位计算机根据所采集的感应电流进行多相界面液位的 测量。基于电容/电阻式双模态传感器的多相界面液位的测量装置，其特征在于，所述 的电容/电阻式双模态传感器，电极的数量9-90000个，每个电极是由金属片制成，厚度为 0.0001-lmm。本发明同时提供一种采用所述的基于电容/电阻式双模态传感器实现的多相界 面液位的测量方法，包括下列步骤(1)标定纯气体及纯油时的感应电流值，此步骤可在实验前完成，取任意一对矩形电极，分别置于纯气体和纯油中，一端施加激励信号，测量另一端的感应信号，将其保存在 上位机里，假设纯气体与纯油的感应电流值分别为Ia、I0 ；(2)利用电阻模态求出油的下液面高度上位计算机控制模拟多路开关依次从下 至上选通第二列电极和第三列列中位于同一行的两个电极，对其施加激励信号，并依次测 量感应电流值序列1，1 > 0时，暂停，此时可得油的下液面高度为hi = mX (a-l)，m为第三 列电极的极间距离，a为当I >0时选通的一行电极的编号，编号方式为从下至上升序编号， a e (1，2L，N)；(3)再利用电容模态求出油的上液面高度，上位计算机控制模拟多路开关依 次从a至上选通第一列和第二列中位于同一行的电极，施加激励信号，并依次测量感应电流值序列Γ ；令
权利要求
1.一种基于电容/电阻式双模态传感器的多相界面液位的测量装置，用于测量多相界 面的液位，包括上位计算机、信号发生单元、功率放大器、模拟多路开关、电容/电阻式双模 态传感器和信号采集单元，其特征在于，所述的电容/电阻式双模态传感器包括分布在同 一个平面上的NX3电极阵列，N为大于或等于3的整数，其中，第一列和第二列的电极均为 矩形电极，第三列电极的电极形状为圆形，其尺寸小于第一列和第二列的电极，位于同列的 电极为相同材质、大小的电极，极间间距也相同；测量时，将该传感器竖直放置于待测多相 液体中，由上位计算机控制模拟多路开关选通从下至上依次选通位于第一列的电极或第二 列的一个电极，并同时选通与所选通的电极位于同一行但位于第三列的另一个电极；通过 信号发生单元和功率放大器向选通的两个电极施加激励电压信号，由信号采集单元采集该 两个电极的感应电流并送入上位计算机，由上位计算机根据所采集的感应电流进行多相界 面液位的测量。
2.根据权利要求1所述的基于电容/电阻式双模态传感器的多相界面液位的测量装 置，其特征在于，所述的电容/电阻式双模态传感器，电极的数量9-90000个，每个电极是由 金属片制成，厚度为0. 0001-lmm。
3.一种采用权利要求1所述的基于电容/电阻式双模态传感器实现的多相界面液位的 测量方法，包括下列步骤(1)标定纯气体及纯油时的感应电流值，此步骤可在实验前完成，取任意一对矩形电 极，分别置于纯气体和纯油中，一端施加激励信号，测量另一端的感应信号，将其保存在上 位机里，假设纯气体与纯油的感应电流值分别为Ia、I0 ；(2)利用电阻模态求出油的下液面高度上位计算机控制模拟多路开关依次从下至上 选通第二列电极和第三列列中位于同一行的两个电极，对其施加激励信号，并依次测量感 应电流值序列I，I > 0时，暂停，此时可得油的下液面高度为Ii1 = mX (a-1)，m为第三列 电极的极间距离，a为当I > 0时选通的一行电极的编号，编号方式为从下至上升序编号， a e (1，2L，N)；(3)再利用电容模态求出油的上液面高度，上位计算机控制模拟多路开关依次 从a至上选通第一列和第三列中位于同一行的电极，施加激励信号，并依次测量感应电流值序列Γ ；令f=^^1^，当0< ξ < 1时，暂停，此时可得油的上液面高度1O ~lah2尸+ ^)，p为第二列电极的极间距离，H为矩形电极的宽度，b为当01O ~la< I' < 1时选通的电极编号，b e (a，L，N)；(4)最后利用h= Ii2-Ill得到原油的液位高度。
全文摘要
本发明属于多相界面液位测量技术领域，涉及一种基于电容/电阻式双模态传感器的多相界面液位的测量装置，用于测量多相界面的液位，包括上位计算机、信号发生单元、功率放大器、模拟多路开关、电容/电阻式双模态传感器和信号采集单元，其特征在于，所述的电容/电阻式双模态传感器包括分布在同一个平面上的N行3列电极阵列，N为大于或等于3的整数，其中，第一列和第二列的电极均为矩形电极，第三列电极的电极形状为圆形，其尺寸小于第一列和第二列的电极，位于同列的电极为相同材质、大小的电极，极间间距也相同。本发明同时提供一种采用上述测量装置实现的多相界面液位的测量方法。本发明结构简单可靠，安装方便，不易被粘稠原油堵塞，能够实现多相界面液位的精确测量。
文档编号G01F23/26GK102052951SQ20101054248
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者尹武良, 王奔 申请人:天津大学