专利名称：射频感应叠层物位传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，既适用于单一介质物位测量又适用于不同 介质物位测量，尤其是能对原油储罐油-气界面、油-乳化层界面、水-乳化层 界面位置以及油层厚度、乳化层厚度、污水厚度与高度及含水率分布进行全 量程检测的物位传感器。
背景技术：
众所周知，在石油炼制时通常采用电脱盐方式进行原油脱盐脱水。而原 油电脱盐工艺，主要是通过向原油中加入净化水、破乳剂，在高温、高压等 方式破坏原油乳化物的乳化状态。在高压电场的作用下，原油中微小水滴聚 结成大水滴，使油水分离，这必然形成原油电脱罐内出现原油、乳化层、污 水混存的状态。
炼油生产过程中，电脱盐罐内油水界面位置高低和乳化层厚度是电脱盐 的重要操作参数，对控制原油脱水脱盐程度、加药(破乳剂)量、高压电场 电压与功率乃至后续生产过程的催化剂使用效率和设备腐蚀程度具有重大意 义。采油生产过程中掌握原油储罐内的油层厚度、乳化层厚度、污水高度等 参数指标，对于指导现场生产如外输原油、控制加药(破乳剂)量与加药(破 乳剂)时间、排放污水、罐内清淤具有重要作用。若想知道罐内不同介质的 厚度，必须掌握各种不同介质的清晰界面位置。
目前炼油生产应用在电脱盐罐上的界面仪表由电阻式、电容式、内沉筒 式、差压式和导纳式液位计。这些液位计全部为单一的测量，仅能测量出水 的高度，而长期以来，普遍认为在电脱盐罐内存在一定高度的乳化层，这个 乳化层的高度具体为多少， 一直未确定，虽然推荐了一些乳化层的高度，但 原油性质的变化，乳化层的高度也是在随时变化的，这些仪表在破乳脱水方 面缺少真正的指导意义。而此种油水混合的情况也同样存在于原油开采过程中。油田的采油工艺主要 指从油井抽取原油或含水原油，通过泵站和管道输送至联合站，经过去杂、 破乳、脱水等工艺后，输入各个原油储罐进行外输。由于原油本身中含有的 胶质、沥青质等天然乳化剂和二次采油、三次采油添加人工乳化剂的作用， 同时原油在开采和输送过程中的剧烈扰动，原油中的乳化剂靠吸附作用聚集 在油水界面上组成牢固的分子膜，使水以微滴状态分散在原油中，形成稳定 的乳化液。由于原油的性质、药剂影响以及破乳脱水工艺不彻底，即使成品 原油储罐内也会出现原油、乳化层、污水混存的现象，甚至罐底还能够积聚 大量淤泥。这种状况在沉降罐和其他中转油罐中更为突出。长期以来采油生 产现场了解罐内状况采取的大部分方法是人工检尺，即测量人员从原油储罐 顶部的量油孔，用绳子悬挂一个可以在油面下控制打开和关闭的量油桶，深 入液面下分别在不同深度，抽取原油、含水乳化原油、含油污水，使用仪器 分析后，进而判断原油储罐的内部状态。这种方法不仅劳动强度大危险性高， 而且不能对原油储罐的内部状态进行全量程的测量，从而掌握罐内的真实状 况。近十几年以来，有人利用各种测量仪器仪表对原油储罐的人工检尺进行 尝试性替代，如超声波式、雷达式、射频导纳式、容栅式、磁致伸縮式甚至 放射性元素法，但是由于实际生产过程是一个动态过程，开采原油的性质、 含水原油的含水率不同，温度、压力、流量的变化，以及液面油气挥发、液 面扰动等因素的影响，均未取得良好效果。
专利US005103368A公开了一种料位传感器，仅能对流动性能良好的单一成 品油进行测量，对多种介质测量时，电极之间容易短路，而无法对含水原油、 含油污水进行界面和厚度的测量。CN2341131Y—种原油储罐的检测装置，仅 能油水界面进行测量，不能够全量程测量，并且操作使用不便，实用性较差。 以上两种装置用于电容传感器的两极均由自身提供，电极距离小，易受结蜡、 挂料影响，并且量程较小。CN1207540C公开的多相物位传感器是一种多相位 全范围的传感器，能够连续全范围测量，但传感器电极内置器件易受温度影 响，不易适用于高温场合。
4发明内容
为了克服现有的料位传感器不能对多相物位进行测量的技术不足，本实 用新型提供一种射频感应叠层物位传感器，该传感器电极相互等距叠层排列， 可将被测介质无限分层，被测介质层分布情况一览无余，彻底消除测量盲区， 测量精度大大提高。所有的各个电极均可分别单独成为主测量极，并且连接 起来的每路电极均可单独进行全量程测量。能够准确测量出介电常数不同的 两种液体介质的界面或气体与液体界面，还能够准确测量出油-气界面、油-乳化层界面、水-乳化层界面，并且能够对原油储罐内的油层厚度、乳化层厚 度、污水厚度均作出全量程、高精度的测量。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种射频感应叠层物位 传感器，设有射频变送器、测量极，其特征在于测量极内由柱状或管状绝缘 体支撑，柱状或管状绝缘体外侧面上等距叠层敷设排列有互相绝缘、形状及 尺寸相同的电极，每个电极分别经屏蔽电缆与射频变送器实现电连接，测量 电极外层是绝缘套管。
本实用新型还可通过如下措施来实现:柱状或管状绝缘体是刚性体或者是 柔性体。电极沿绝缘体轴线方向纵向等距叠层敷设排列。电极沿绝缘体轴线 方向纵向呈螺旋上升式等距叠层交错敷设排列。电极沿绝缘体轴线方向纵向 单路等距叠层敷设排列。电极沿绝缘体轴线方向纵向多路等距叠层敷设排列。 绝缘套管外套装有金属管式辅助测量极，辅助测量极的金属管内侧壁与绝缘 外套之间为空腔，辅助测量极的金属管管壁上均匀加工有孔，辅助测量极上 端的法兰与射频变送器的法兰相连接。
本实用新型的有益效果是，可将被测介质无限分层，被测介质层分布情况 一览无余，彻底消除测量盲区，测量精度大大提高。所有的各个电极均可分 别单独成为主测量极，并且连接起来的每路电极均可单独进行全量程测量。 能够准确测量出介电常数不同的两种液体介质的界面或气体与液体界面，还 能够准确测量出油-气界面、油-乳化层界面、水-乳化层界面，并且能够对原 油储罐内的油层厚度、乳化层厚度、污水厚度均作出全量程、高精度的测量。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。


图1为本实用新型带局部剖面图的整体结构示意图。
图2为本实用新型电极单路叠层等距敷设排列方式示意图。
图2-l是图2的主视图。 图2-2是图2的左视图。 图2-3是图2的俯视图。
图3-1为本实用新型绝缘体为柱状的电极双路等距敷设排列方式结构示 意图。
图3-11是图3-1的主视图。 图3-12是图3-1的左视图。 图3-13是图3-1的俯视图。
图3-2为本实用新型绝缘体为管状的电极双路等距敷设排列方式结构示 意图。
图3-21是图3-2的主视图。 图3-22是图3-2的左视图。 图3-23是图3-2的俯视图。
图4-1为本实用新型绝缘体为柱状的电极三路等距敷设排列方式结构示 意图。
图4_11是图4-1的主视图。 图4-12是图4-1的左视图。 图4-13是图4-1的俯视图。
图4-2为本实用新型绝缘体为管状的电极三路等距敷设排列方式结构示 意图。
图4-21是图4-2的主视图。 图4-22是图4-2的左视图。 图4-23是图4-2的俯视图。
图5-1为本实用新型绝缘体为柱状的电极四路等距敷设排列方式结构示 意图。图5-11是图5-1的主视图。
图5-12是图5-1的后视图。 图5-13是图5-1的俯视图。
图5-2为本实用新型绝缘体为管状的电极四路等距敷设排列方式结构示 意图。
图5-21是图5-2的主视图。 图5-22是图5-2的后视图。 图5-23是图5-2的俯视图。
图6-1为本实用新型实施例二中绝缘体为柱状的局部纵向剖面图。 图6-11是图6-1的俯视图。
图6-2为本实用新型实施例二中绝缘体为管状的局部纵向剖面图。 图6-21是图6-2的俯视图。
图7-1为本实用新型实施例三中绝缘体为柱状的局部纵向剖面图。 图7-11是图7-1的俯视图。
图7-2为本实用新型实施例三中绝缘体为管状的局部纵向剖面图。 图7-21是图7-2的俯视图。
图8-1为本实用新型实施例四中绝缘体为柱状的局部纵向剖面图。 图8-11是图8-1的俯视图。
图8-2为本实用新型实施例四中绝缘体为管状的局部纵向剖面图。
图8-21是图8-2的俯视图。
图9为本实用新型带辅助测量极的结构示意图。
图10为本实用新型检测电路的原理图。
图中1.射频变送器，2.法兰盘，3.电极，4.绝缘体，5.绝缘套管， 6.密封锤，7.通孔，8.电线槽，9.管孔，10.屏蔽电缆，11.钢缆，12.辅 助测量极，Al.电极，A2.电极，Bl.电极，B2.电极，Cl.电极，C2.电极，Dl. 电极，D2.电极。
具体实施方式
7实施例l
如图l、图2、图2-l、图2-2、图2-3所示，本实施例测量极内由柱状绝缘 体4支撑，柱状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，柱状绝缘体4外侧面上等距叠 层敷设排列有单路互相绝缘、形状及尺寸相同的的电极3，测量电极外层涂刷 绝缘胶后套装进绝缘套管5，绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6， 每个电极3分别连有一根屏蔽电缆10，电极3为弧形结构，采用双面绝缘的金 属薄板制成，弧形结构电极3开口位置处的柱状绝缘体4上加工有电线槽8，所 有屏蔽电缆10嵌入电线槽8，并通过法兰盘2与射频变送器1进行电连接。
本实施例绝缘体4也可以为管状结构，管状绝缘体4是刚性体或者是柔性 体，管状绝缘体4外侧面上等距叠层敷设排列有单路互相绝缘、形状及尺寸相 同的的电极3，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管5，绝缘套管5上端 连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根屏蔽电缆10，电极 3为弧形结构，采用双面绝缘的金属薄板制成，所有屏蔽电缆10穿过绝缘体4 的管孔9，并通过法兰盘2与射频变送器1进行电连接。如果需要对大量程的介 质进行测量，使用钢缆11穿过管状绝缘体4的管孔9将多个测量极串联固定， 相邻的两个测量极之间加装一个飞碟形的绝缘过渡连接块。
实施例2
如图l、图3-l、图3-11、图3-12、图3_13、图6-1、图6-ll所示，本实施 例测量极内由柱状绝缘体4支撑，柱状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3 间隔180度角分两路沿柱状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个 电极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构， 采用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管 5，绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根 屏蔽电缆IO，相邻两路电极3之间的柱状绝缘体4上加工有电线槽8，所有屏蔽 电缆10嵌入电线槽8，并通过法兰盘2与射频变送器1进行电连接。
本实施例绝缘体4也可以为管状结构，如图l、图3-2、图3-21、图3-22、 图3-23、图6-2、图6-21所示，管状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3 间隔180度角分两路沿管状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个电极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构， 采用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管
5，绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根 屏蔽电缆IO，所有屏蔽电缆10穿过管状绝缘体4的管孔9，并通过法兰盘2与射 频变送器l进行电连接。如果需要对大量程的介质进行测量，使用钢缆ll穿过 管状绝缘体4的管孔9将多个测量极串联固定，相邻的两个测量极之间加装一 个飞碟形的绝缘过渡连接块。 实施例3:
如图l、图4-1、图4-11、图4_12、图4-13、图7-1、图7-ll所示，本实施 例测量极内由柱状绝缘体4支撑，柱状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3 间隔120度角分三路沿柱状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个 电极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构， 采用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管 5，绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根 屏蔽电缆IO，相邻两路电极3之间的柱状绝缘体4上加工有电线槽8，所有屏蔽 电缆10嵌入电线槽8，并通过法兰盘2与射频变送器1进行电连接。
本实施例绝缘体4也可以为管状结构，如图l、图4-2、图4-21、图4-22、 图4-23、图7-2、图7-21所示，管状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3 间隔120度角分三路沿管状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个 电极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构， 采用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管 5，绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根 屏蔽电缆IO，所有屏蔽电缆10穿过管状绝缘体4的管孔9，并通过法兰盘2与射 频变送器l进行电连接。如果需要对大量程的介质进行测量，使用钢缆ll穿过 管状绝缘体4的管孔9将多个测量极串联固定，相邻的两个测量极之间加装一 个飞碟形的绝缘过渡连接块。
实施例4
如图l、图5-1、图5-11、图5-12、图5_13、图8-1、图8-ll所示，本实施例测量极内由柱状绝缘体4支撑，柱状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3
间隔90度角分四路沿柱状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个电 极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构，采 用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管5， 绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根屏 蔽电缆IO，相邻两路电极3之间的柱状绝缘体4上加工有电线槽8，所有屏蔽电 缆10嵌入电线槽8，并通过法兰盘2与射频变送器1进行电连接。
本实施例绝缘体4也可以为管状结构，如图l、图5-2、图5-21、图5_22、 图5-23、图8-2、图8-21所示，管状绝缘体4是刚性体或者是柔性体，电极3 间隔90度角分四路沿管状绝缘体4轴线纵向等距敷设排列，每路相邻的两个电 极3形状及尺寸相同、互相绝缘、等距叠层敷设排列，电极3为弧形结构，采 用双面绝缘的金属薄板制成，测量电极外层涂刷绝缘胶后套装进绝缘套管5， 绝缘套管5上端连接法兰盘2，下端连接密封锤6，每个电极3分别连有一根屏 蔽电缆IO，所有屏蔽电缆10穿过管状绝缘体4的管孔9，并通过法兰盘2与射频 变送器l进行电连接。如果需要对大量程的介质进行测量，使用钢缆ll穿过管 状绝缘体4的管孔9将多个测量极串联固定，相邻的两个测量极之间加装一个 飞碟形的绝缘过渡连接块。
本实用新型所有实施例中电极3可以采用沿管状或柱状绝缘体4外层轴线 方向纵向呈螺旋上升式等距叠层交错敷设排列。
如图9所示，本实用新型如果需要对不规则容器内的介质进行测量时，在 绝缘套管5外套装有金属管式辅助测量极12，辅助测量极12的金属管内侧壁与 绝缘外套5之间为空腔，辅助测量极12的金属管管壁上均匀加工有能通孔7， 被测介质经通孔7进入金属管内侧壁与绝缘外套5之间的空腔内，辅助测量极 12上端的法兰与射频变送器1的法兰盘2相连接。
如图IO所示，检测电路主要由可控信号源、叠层物位传感器、信号处理 电路、通信电路、电源电路、人机界面等单元组成。可控信号源采用专业 集成电路，提供可变周期的方波信号或者固定周期的方波信号。由信号处理 电路实现智能控制可控信号源的周期、振幅、振角、波形等。信号处理电路:由多个信号处理单元组成(如振幅放大电路、周期筛选电路、有用功无用功 分离电路、单片机自动量程变换电路)。可根据电极反馈的信号智能调节信号 源的周期、振幅、振角等，进行智能、全方位的测量。通信电路根据客户
需求设计，可采用RS232、 RS485、 CANBUS、 4 20mA、 HART、 USB、 LAN 等多种通信方式。电源电路采用专业集成电路组成，可提供多组电压信号 给信号处理电路、信号源电路、通信电路。为提高电源工作效率，本设计采
用体积小巧的开关电源电路，工作效率可以达到90%。人机界面人机界面
可满足不同的客户需求，提供多种良好、直观的操作模式，如红外手操器。 而整体检测系统通过安全栅实现安全区域与防爆区域的电气隔离。通常采用 专业的隔离式安全栅。利用工控机或者集中器实现现场数据收集。可根据用
户要求提供相关的工控组件和组态软件。也可为DCS提供相关数据接口信号 (如电流信号、现场总线信号、声光报警信号等)。
上述四个实施例和检测电路的工作原理为信号处理电路控制可控信号
源，交替发出射频信号，分别与测量极上的电极3接通，电极3单路排列时接 通顺序为A1、 A2、 A3…，电极两列排列时接通顺序为A1、 Bl、 A2、 B2…，电 极三路排列时接通顺序为A1、 Bl、 Cl、 A2、 B2、 C2…，电极四路排列时接通 顺序为A1、 Bl、 Cl、 Dl、 A2、 B2、 C2、 D2…。每接通一个电极，其他电极处 于断路状态，每个电极接通后，每个电极实测值经通信电路传回信号处理电 路进行分析、储存，所有电极逐一接通后，信号处理电路对整个循环的全部 每个信号进行集中处理，分离出各电极的振幅、周期、振角，处理后的数据 通过应用软件按顺序进行分析比对，判断出电极的介质特性从而得到介质的 分布数据，上述为单个工作循环的工作过程，实际工作过程是一个连续不断 重复单个工作循环的工作过程。上述三个实施例中单路连接起来的每路电极 均可单独进行全量程测量。
权利要求1、一种射频感应叠层物位传感器，设有射频变送器、测量极，其特征是测量极内由柱状或管状绝缘体支撑，柱状或管状绝缘体外侧面上等距叠层敷设排列有互相绝缘、形状及尺寸相同的电极，每个电极分别经屏蔽电缆与射频变送器实现电连接，测量电极外层是绝缘套管。
2、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的柱 状或管状绝缘体是刚性体或者是柔性体。
3、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的电 极沿绝缘体轴线方向纵向等距叠层敷设排列。
4、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的电极沿绝缘体轴线方向纵向呈螺旋上升式等距叠层交错敷设排列。
5、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的电 极沿绝缘体轴线方向纵向单路等距叠层敷设排列。
6、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的电 极沿绝缘体轴线方向纵向多路等距叠层敷设排列。
7、 根据权利要求1所述射频感应叠层物位传感器，其特征在所说的绝 缘套管外套装有金属管式辅助测量极，辅助测量极的金属管内侧壁与绝缘外 套之间为空腔，辅助测量极的金属管管壁上均匀加工有孔，辅助测量极上端 的法兰与射频变送器的法兰相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种射频感应叠层物位传感器，属于检测装置领域，其目的就在于提供一种传感器，该传感器可将被测介质无限分层，被测介质层分布情况一览无余，彻底消除测量盲区，测量精度大大提高。能够准确测量出介电常数不同的两种液体介质的界面或气体与液体界面，还能够准确测量出油-气界面、油-乳化层界面、水-乳化层界面，并且能够对原油储罐内的油层厚度、乳化层厚度、污水厚度均作出全量程、高精度的测量。设有射频变送器、测量极，其特征在于测量极内由柱状或管状绝缘体支撑，柱状或管状绝缘体外侧面上等距叠层敷设排列有互相绝缘、形状及尺寸相同的电极，每个电极分别经屏蔽电缆与射频变送器实现电连接，测量电极外层是绝缘套管。
文档编号G01F23/284GK201421346SQ20092002079
公开日2010年3月10日 申请日期2009年4月4日 优先权日2009年4月4日
发明者勇 邹 申请人:威海宝源电气有限公司