原油含水测量仪的设计

    原油生产过程自动化的讯速发展,使原油含水监测仪不断完善。本设计方案采用单片机技术,以电容传感器所测含水量为主要测量参数,再辅以温度修正,使该测量仪性能先进、功能齐全,可对含水原油、脱水原油、原油成品进行监测。该仪器可测量介质的含水率、温度;可累积流量计算纯油量;可现场修正因温度变化带来的误差;可打印日报表。

    1　测量原理

    本仪器是利用高频电磁波的谐振状态来测量原油所含水分的。其测量原理框图如图1所示。

    晶振电路产生一个频率不变的高频电磁波并进入谐振电路中。若谐振电路的固有频率与高频电磁波的频率相差较大时,则电路处于失谐状态,检波电路检波后的电压值较低;若谐振电路固有频率与高频电磁波的频率相等时,则电路处于谐振状态,检波后的电压值较高。实际上谐振电路的固有频率是受到传感器电容周围介质特性的影响而发生变化的。谐振电路的总电容主要来源于传感器电容。当传感器电容置于纯水中时,谐振电路处于谐振状态,检波后的电压值较高;当天线置于无水油中时,电路失谐,检波后的电压值较低;当天线置于含有一定水分的油中时,电路处于既不完全谐振又不完全失谐的中间状态,检波后的电压值也处于上述两者之间。因此,不论测样中含水量为多少,从测量检波后电压值的大小即可确定传感器电容周围介质含水率的高低。

    2　仪器组成

    本仪器主要由变送器和显示器两部分组成,其原理组成框图如图2所示。

    2·1　变送器

    变送器由振荡器、传感器电容、温度传感器、密封室等组成。变送器设计成插入式,安装维修都很方便。由于所有接触被测介质的器件材质都选用不锈钢材料(1Cr18Ni9Ti),因而极大地提高了该仪器的抗腐蚀能力。振荡器的所有元器件都用胶固定在一个不锈钢盒中,因此它的抗震性、密封性、稳定性都很好。变送器的主要作用是将含水率的变化量转化为电压信号输入到显示器,并可同时测量出介质温度。

    2·2　显示器

    显示器主要由KAS906安全限能器、8031单片机电压放大和线性电路、显示电路及输入输出接口电路等组成。采用KAS906安全限能器是保证变送器使用安全的特殊防爆措施。

    显示器采用标准通用仪表壳,前面板设计成薄膜面板,以满足测量现场的需要。显示面板采用8位液晶显示,读数清晰。电压放大电路是将变送器输出的含水率电压信号线性化放大后输入到8031单片机,把温度传感器信号转换成标准的电压信号也传送到单片机。8031单片机分时采样含水率信号和温度信号,并根据现场输入修正曲线进行含水率的瞬时值、平均值运算。同时显示器提供一个12V电源给现场的流量计,接收其输出的脉冲信号,累计流量计算纯油量,并将以上参数送到显示电路或接口电路,由打印机打印。