专利名称：一种组合式含水测量装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种用于测量含水的多相混存介质罐内单相介质净含量的装置，具体说就是一种组合式含水测量装置，特别适合于石化工业中对含有油水乳化层的原油罐内的原油净含量进行精细测量。
背景技术：
在工业生产中，经常碰到多种有机介质与水混存在一个容器内，需要对其中的水或者有机介质的净量进行测量的情况，一种典型的需求是石化工业中，对含有油水乳化层的原油罐内的原油净含量进行精细测量，由于原油罐内的介质处于不均匀分布状态，现在还没有一个成熟的技术能够满足上述的要求。与此要求相关联的技术中，由本专利发明人在先提出的专利多相料位传感器，专利号02110211. 2提出了一种可以定性地描述原油罐内油水分布情况的物位测量装置。该 技术方案提供了一种外部包裹有绝缘层、在竖直方向上由若干个分段电极构成的测量传感器，在测量传感器内的每个分段电极彼此独立，分别与罐体之间构成一个电容或阻抗式传感器，简称为段传感器，每个分段电极与罐体之间的介质即为这个段传感器的电解质，每个段传感器的输出信号直接通过各自的电缆线或者经过模/数转换后通过数据总线输送到罐体外部的信号及数据处理单元，信号及数据处理单元根据位于罐体不同高度的段传感器输出信号的性质和大�。卸瞎弈谖挥诟梦恢玫慕橹实男灾剩贸龉弈诮橹试谑狈较蛏系拇筇宸植肌Ｏ钟屑际醴桨复嬖诘奈侍馐牵谝唬鲇谏蛘咂渌枰沧霸诠弈诘纳枋崦飨缘厥苟未衅鞯牟饬啃藕欧⑸谋洌佣跋煨藕偶笆荽淼ピ怨弈诮橹史植嫉拿枋�。第二，每个分段电极的外侧面到罐壁的距离远大于分段电极在竖直方向上的高度，这就导致了除了该段传感器所在的水平介质层外，其上和其下若干距离内的水平介质层都会使该段传感器的输出信号产生实质性的影响，由于罐内各个水平介质层的性质是不确定的，所以，导致其上和其下的水平介质层对该段传感器输出信号的影响也具有相当大的不确定性，这样，现有的技术方案只能对含水的多相混存介质在罐内竖直方向上的分布有一个大体的描述，不能对段传感器所在的介质层的组成，如含水率，进行准确的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种组成合理，操作使用方便，测量准确、可靠，可以实现依次对容器内多相混存介质的各个水平层的组成进行准确测量的组合式含水测量装置本发明解决以上技术问题所采取的技术方案是一种组合式含水测量装置，包括信号及数据处理单元、支承连接体、伸入容器内与多相介质相接触的传感器，其特征是所述的传感器由第一电极和第二电极组成，第一电极和第二电极分别与支承连接体连接固定，其中
所述第一电极在竖直方向上由一组管状的导电段分极组成，所述的段分极之间通过绝缘材料相互固定并绝缘，并通过位于段分极内侧的导线与信号及数据处理单元电连接；所述第一电极的外侧均匀地包裹一层绝缘层；第一电极为组合式的刚性复合电极；所述第二电极在竖直方向上伴随第一电极并与信号及数据处理单元电连接，并且第一电极和第二电极在竖直方向上相互平行，在水平方向上通过隔离绝缘件相互间隔绝缘，第二电极与第一电极之间的空间为传感器的测量空间。本发明所述的第二电极由若干支导电的管状或者棒状电极并联而成。由若干支导电的管状或者棒状电极并联构成的第二电极的优点是管状或者棒状的电极表面容易处理得比较光滑，同时，在测量区间的竖直方向上没有阻挡介质运动的凸出点，从而最大限度的减少了挂料的影响；这在测量具有较高粘度的原油乳化液时具有重要意义。本发明所述的第二电极也可以是导电的筒状结构，所述的筒状结构的侧面开有横向、纵向均匀分布的孔。以方便介质进出测量空间。本发明构成第一电极的段分极在竖直方向上的高度，可以根据应用场合测量精度 的要求不同选择相应的尺寸，各段分极之间其高度理论上可以不同，但优选的方案是采用相同的高度，从而简化数据的处理。在不引起挂料阻断测量空间的条件下，第一电极与第二电极之间的距离小于段分极在竖直方向上的高度，从而减少相邻介质层对被测量介质层的影响。将第一电极整体上包裹起来使其与被测介质隔离开来的均匀绝缘层，由薄膜状绝缘材料构成或者由有一定厚度但相对介电系数高的绝缘材料构成，如掺杂高介电系数材料的树脂、塑料、橡胶等，以减少寄生参数对段分极测量信号的影响。在本发明所提供的技术方案中，各段传感器可以共用一个或数个段信号测量线路，所述的段信号测量线路与信号及数据处理单元电连接，并且通过电子开关与段分极电连接；各段传感器也可以分别配置各自的段信号测量线路，并就地进行模/数转换后，通过串行或者并行数据总线与信号及数据处理单元电连接。本发明所提出的技术方案带来的有益效果是一方面，本发明屏蔽掉了由于容器的不规则或者容器内的不明装置对各介质层电参数测量的影响，使测量结果不再受制于被测容器的内部结构。另一方面，本发明基本消除了被测介质层的电参数受相邻介质层影响的问题，使被测介质层中介质的组成参数可以与相应段传感器的电参数相互对应，可以准确地测量出各水平介质层的含水率。因此，本发明实现了在竖直方向上将若干个尺寸很小的含水测量探头有序组合在一起的目的，这些含水测量探头彼此相邻，几乎没有测量盲区，每个含水测量探头都能够准确地测量出所在水平介质层的含水率，这是现有技术做不到的，在所述的组合式含水测量装置安装就位后，每个含水测量探头的位置高度及其所测量的水平介质层的厚度都是确定的，结合容器的内部横向尺寸，就可以测量出含水的多相混存介质罐内单相介质净含量。同时，第一电极的外侧绝缘层的设置，消除了因为水的导电性造成含水测量探头测量失效的问题；而由若干支导电的管状或者棒状电极并联而成第二电极则最大限度地减少了介质挂料的影响。本发明组成合理，操作使用方便，测量准确、可靠，可以实现依次对容器内多相混存介质的各个水平层的组成进行准确测量，特别适合于石化工业中对含有油水乳化层的原油罐内的原油净含量进行精细测量。
下面结合附图对本发明做进一步描述。图I是本发明的组成结构示意图。图2是本发明第二电极的一种示意图。图3是本发明第二电极的另一种示意图。图4是本发明第一电极的组成结构示意图。图中标号是1.第一电极，2.第二电极，3.支承连接体，4.隔离绝缘件，5.信号及 数据处理单元，6.电气保护壳体，101.段分极，102.绝缘固定件，103.段分极引线，104.绝缘层，105.段信号测量线路，106.数据传输总线，201.第二电极引线，202.连接件，401.隔离绝缘封头，402.隔离绝缘堵头，501.电子开关，502.公用段信号测量线路。
具体实施例方式如图I所示，本发明组合式含水测量装置，用于测量多相混存介质罐内单相介质的净含量。本实施例是用于测量含水的多相混存介质在所存的罐内，各水平介质层中含水率，因此，也称为含水分析仪阵列。其包括信号及数据处理单元5、支承连接体3、伸入容器内与多相介质相接触的传感器、隔离绝缘件4、电气保护壳体6等，所述的传感器由在竖直方向上相互平行、在水平方向上彼此间隔绝缘的第一电极I和第二电极2组成，其中第一电极I在竖直方向上由一组管状、相互独立的导电段分极101组成，所述的段分极101之间通过绝缘固定件102相互固定并绝缘，各段分极101导电的外侧表面的横向形状、尺寸相同，并通过位于段分极101内侧的段分级引线103与信号及数据处理单元5电连接。整个第一电极I的外侧包裹一层均匀的绝缘层104，用于将各段分极101与被测介质隔离开来，同时，又不会引起各段分极测量信号的畸变。第二电极2在竖直方向上伴随第一电极I，位于第一电极I与第二电极2之间，介质可以自由进出的空间即为传感器的测量空间，在与第一电极I相对的导电的一侧，第二电极2在各高度的横向结构相同、尺寸一致，并且留有方便介质进出测量空间的通道、整体上与信号及数据处理单元5电连接。本发明组合式含水测量装置，在水平方向上，第二电极2部分或者完整地环绕第一电极I ;在竖直关系上，第一电极I与第二电极2的相互平行。第一电极I与第二电极2通过隔离绝缘件4隔离固定在一起构成传感器的探测极，即第一电极I与第二电极2上端通过隔离绝缘封头401，下端通过隔离绝缘堵头402隔离固定。所述的信号及数据处理单元5、传感器的探测极、电气保护壳体6等通过支承连接体3连接在一起。在容器内处于稳定或平衡状态的多相混存介质是呈分层状态分布的，这是本发明所提出技术方案成立的前提条件，位于第一电极I上的各个段分极101与第二电极2的相对部分构成了段传感器或者叫做含水测量探头，由各个段传感器与相应的段信号测量线路105配合测量得到的电信号，如电容、阻抗等，其性质和大小是不同的，信号及数据处理单元5正是根据各个段分极101输送来的电信号差别判断其所在介质层的性质，并进一步得出其含水率，这就要求每个段传感器的信号与其所在介质层的关系尽可能大，而与相邻介质层的关系尽可能小，如图I所示，经过论证，这个关系的大�。【鲇诘谝坏缂獻与第二电极2之间的最小距离d与段分极101的竖直高度h之比d/h，简称为宽/高比d/h，所述的宽/高比d/h越大，每个介质层所对应的段传感器的信号受相邻介质层的影响就越大，反之，则受相邻介质层的影响就越小。经过大量的实验验证，考虑到传感器在第一电极I和第二电极2之间的挂料问题，两个电极之间的最小距离d又不能太�。话闱榭鱿碌谝坏缂氲诙缂涞木嗬胗π∮诙畏旨谑狈较蛏系母叨萮，优选的方案是，每个段分极的竖直高度在10至400毫米之间，两个电极之间的最小距离d在5至300毫米之间。构成第一电极的段分极101在竖直方向上的高度，可以根据应用场合测量精度的要求不同选择相应的尺寸，各段分极101其高度理论上可以不同，但优选的方案是采用相同的高度，从而简化数据的处理。
在本发明所提供的技术方案中，设置了一个将第一电极I均匀包裹起来的外绝缘层104，其作用是将第一电极I与可能导电的被测介质隔离开来，并减少组装传感器的工艺复杂性。其在电气上的影响相当于给被测介质串接上了一个寄生的电容性阻抗元件，按照电子学原理，这个寄生的电容与被测介质的容性阻抗串联的结果是其中较小者占优势，由于含水的被测介质的相对介电系数一般是比较大的，一般都大于3，所以，与这个寄生电容相比，被测介质的容性阻抗是比较大的，为了减少这个寄生电容性阻抗的影响，需要外绝缘层104的厚度应该尽可能�。绾穸刃∮贗. 5毫米；或者，虽然外绝缘层104的厚度较大，但所使用绝缘材料的相对介电系数也较大，如使用橡胶、掺杂钛酸钡的环氧树脂、塑料等，其相对介电系数均大于3，以尽可能地增加外绝缘层的容性阻抗，从而最大程度上减少了寄生阻抗的影响。设置所述的外绝缘层104的具体工艺可以用喷涂的办法或者注塑的方式，在所述的第一电极I表面完整地涂布一层均匀的绝缘层；也可以预制一种与所述的第一电极I配合良好、分布均匀的绝缘管，套在第一电极上，管口采取必要的密封措施。本发明的一个实施例采用了厚度仅为O. 3毫米，相对介电系数小于3的氟塑料膜作为外绝缘层104，其通过注塑的方式，紧密附着在第一电极的外侧。本发明的另一个实施例采用了厚度达2. 5毫米，但相对介电系数也高达30的陶瓷管作为外绝缘层104，其通过紧密套装的方式设在第一电极的外侧，管口采用密封胶进行密封。本发明所述的外绝缘层104还可以采用橡胶管或塑料管，其通过紧密套装的方式设在第一电极的外侧。本发明所设置的第二电极2，可以是如图2所示的，由至少一支横向结构相同，竖向与第一电极I平行的管状或棒状的导电体并联而成，若干支管状或棒状的导电体2通过连接件202连接在一起，在水平方向上，第二电极部分或者完整地环绕第一电极；也可以如图3所示，采用侧面均匀开孔的圆筒状结构，开孔的方式要保证第二电极与第一电极上每一个段分极相对的部分的结构和面积应是大体一致的。第二电极2通过第二电极引线201整体上与信号及数据处理单元5电连接。采用管状或者棒状并联构成第二电极的好处是，管状或者棒状的电极表面容易处理得比较光滑，而且，可以保证每支管状或者棒状的电极在测量区间的竖直方向上没有阻挡介质运动的凸出点，从而最大限度的减少了挂料的影响；这在测量具有较高粘度的原油乳化液时具有重要意义。在本发明所提供的技术方案中，各段传感器可以共用一个或数个段信号测量线路502，所述的共用一个或数个段信号测量线路502与信号及数据处理单元5电连接，并且通过电子开关501与段分极101电连接，如图I所示；各段传感器也可以分别配置各自的段信号测量线路105，并就地进行模/数转换后，通过串行或者并行数据传输总线106与信号及数据处理单元5电连接，如图4所示。在选择段信号测量线路105的具体形式是电容测量线路或者阻抗测量线路，以及其与信号及数据处理单元5、段分极101等部件的连接方式时，除了要考虑工艺简单、可靠夕卜，还要尽量减少各种寄生参数的影响，而这对于那些技术精湛的业内人士而言，是显而易见的。以上对本发明的详细说明并非穷尽性的，本发明不应被限制为以上所公开的精确 形式。本领域的技术人员可以理解，在本发明的范围内，可以进行各种等同的修改和替换，这样的修改和替换应视为被该发明所涵盖。上述各个实施例的元素可任意组合在一起，以便提供进一步的实施技术方案。此外，不应将所附权利要求中使用的术语阐释或将本发明限制到本说明中公开的特定实施例，除非以上详细说明清楚地限定了此术语。因此，本发明的实际范围应该涵盖所述实施例及根据权利要求实施的所有等同形式。
权利要求
1.一种组合式含水测量装置，包括信号及数据处理单元、支承连接体、伸入容器内与多相介质相接触的传感器，其特征是所述的传感器由第一电极和第二电极组成，第一电极和第二电极分别与支承连接体连接固定，其中 所述第一电极在竖直方向上由一组管状的导电段分极组成，所述的段分极之间通过绝缘材料相互固定并绝缘，并通过位于段分极内侧的导线与信号及数据处理单元电连接；所述第一电极的外侧均匀地包裹有绝缘层； 所述第二电极在竖直方向上伴随第一电极并与信号及数据处理单元电连接，其在竖直方向上与第一电极相互平行，在水平方向上通过隔离绝缘件相互间隔绝缘，第二电极与第一电极之间的空间为传感器的测量空间。
2.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述的第二电极由若干支导电的管状或者棒状电极并联而成。
3.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述的第二电极为导电的筒状结构，所述的筒状结构的侧面开有横向、纵向均匀分布的孔。
4.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述第一电极与第二电极之间的间距小于第一电极的段分极的高度；所述的第一电极与第二电极之间的间距在5 300毫米之间，所述第一电极的段分极的高度在10 400毫米之间。
5.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述包裹第一电极的绝缘层的厚度小于I. 5毫米。
6.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述包裹第一电极的绝缘层材料的相对介电系数在3至2000之间。
7.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述包裹第一电极的绝缘层为陶瓷管或橡胶管或塑料管，其通过紧密套装的方式设在第一电极的外侧。
8.如权利要求I所述的组合式含水测量装置，其特征是所述包裹第一电极的绝缘层为氟塑料膜，其通过注塑或者喷涂固化的方式紧密附着在第一电极的外侧。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量多相混存介质罐内单相介质净含量的组合式含水测量装置，包括信号及数据处理单元、支承体、伸入容器内与多相介质相接触的传感器，所述的传感器由在竖直方向上相互平行、在水平方向上彼此间隔绝缘的第一电极和第二电极组成，其中第一电极由一组管状的导电段分极组成，所述的段分极之间通过绝缘材料相互固定并绝缘，并通过位于段分极内侧的导线与信号及数据处理单元电连接；所述第一电极的外侧包裹一层均匀的外绝缘层；第二电极在竖直方向上伴随第一电极并与信号及数据处理单元电连接。本发明组成合理，可以实现依次对容器内多相混存介质的各个水平层的组成进行准确测量。
文档编号G01N27/02GK102809588SQ20111015812
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者王其明, 程国永, 王玉江, 周齐芳, 曹伟利 申请人:威�：：涂萍加邢拊鹑喂�
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