CN209055179U - 一种基于电学层析成像技术的液位传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于电学层析成像技术的液位传感器，解决了三相分离器中多层介质液位测量的技术问题，相对现有技术中的传感器部件使体积大大缩小，成本得以有效降低，其封装的结构适于油田现场的恶劣环境。通过ECT和ERT两种层析成像技术对基于电学性质的液位测量过程进行补偿，能够显著提高测量精确度，并起到了现有技术中所不具备的诸多有益效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及液位检测技术领域，尤其涉及一种基于电学层析技术对油、汽、水三相分离过程中的液位进行检测的技术。
背景技术
在三相分离器中，常含有油、气、水、乳化物等多种介质，这些介质由于密度不相同且互不相容，在分离器中大多以分层的形式存在，随着油田生产的进行，这些介质的液位也在时刻变化，时时了解这些介质的液位，对于整个油气水分离过程至关重要。
传统的液位检测技术主要包括三大类：(1).基于密度的液位检测技术，通过钢带浮子液位计、浮球/浮筒式液位计和差压液位计，并建立密度和液位的数学模型来达到检测液位的目的，具有价格较低廉、安装简单方便的优点，但无法检测多层介质的液位。(2).采用电容式液位计、电阻式液位计等基于电学性质的检测技术，其检测方式通过在容器中安装两根长的电极板或电极棒，根据检测的电容值或电阻值来判定液位的变化，存在安装较占用空间，易受电干扰等缺点，同时也无法检测多层介质的液位(3).基于超声波或射线的液位检测技术，可以通过收发声波或射线来确定多层介质的液位，测量结果也是最精准的，然而其价格比较高昂，而且三相分离器中的气体或泡沫会对测量结果产生一定影响。现有技术中也有将电容层析成像(Electrical capacitance tomography,ECT)应用于三相分离器进行多层液位测量的技术，利用多相流介质具有不同的介电常数，通过测量电容传感器阵列电极间的电容值来获取三相分离器内的相对介电常数空间分布信息及相关过程参数，最终得到液位测量结果。这种测量方式通常采用8电极环形结构，将电极片等均匀的分布在三相分离器外面，但其存在以下几方面的缺点：(1).传感器体积很大，占用空间也大，几乎无法安装在现场；(2).必须要求分离器本身是非金属不导电的，进一步使得本传感器无法真正应用于油田现场； (3).当三相分离器中水的含量比较高时，使得里面的混合物成为水连续相混合液时，ECT几乎无法正常工作；(4).传感部件缺少外屏蔽层，受到的外界干扰也会很大。因此，如何提供一种适用于多层介质的液位检测传感器及相应的液位检测系统，是本领域中亟待解决的技术问题。
实用新型内容
针对上述本领域中存在的技术问题，本实用新型提供了一种基于电学层析技术的液位传感器，包括：内筒、外筒以及若干电极片；其中，部分所述电极片成对且对称设置在内筒外壁上部，用于基于电容层析成像(ECT)原理检测；其余所述电极片成对且对称设置在内筒内壁下部，用于基于电阻层析成像(ERT)原理检测；所述外筒为外屏蔽层，用于屏蔽外部电干扰；每个所述电极片均连接有引线；所述外筒两端设有螺纹密封盖，通过螺丝固定，所述螺纹密封盖设有密封格兰头用于引出所述引线。
进一步地，所述引线采用SMA线，通过钢链引至三相分离器外部的数据采集模块。
进一步地，所述液位传感器包括8对电极片，所述内筒外壁和内壁分别设置4 对所述电极片，所述电极片长度为20mm，间距为5mm，弧度为60度。
进一步地，所述内筒直径为60mm，外筒直径为80mm。
进一步地，所述内筒采用5mm厚的PEEK材料，外筒选择2mm厚的PEEK材料，电极片采用0.5mm厚的铜片，密封格兰头、钢链和固定螺丝均为304材质。
本实用新型还提供了一种液位检测系统，包括上述本实用新型所提供的液位传感器，以及：控制模块、步进电机、数据采集模块、液位计算模块、图像重建模块以及校正输出模块；
其中，所述步进电机用于受控于所述控制模块，拖动所述液位传感器在三相分离器中上下移动；
所述数据采集模块用于获取所述液位传感器采集的电容值和电压值并输出给所述液位计算模块和所述图像重建模块；
所述液位计算模块用于根据输入的电容值和电压值计算液位，并将结果输出给所述校正输出模块；
所述图像重建模块用于根据输入的电容值和电压值分别基于ECT和ERT原理进行成像，并将结果输出给所述校正输出模块；
所述校正输出模块将所述液位计算模块和所述图像重建模块输入的结果进行相互补偿校正，并输出最终液位测量结果。
上述本实用新型所提供的液位传感器及液位检测系统，解决了三相分离器中多层介质液位测量的技术问题，相对现有技术中的传感器部件使体积大大缩小，成本得以有效降低，其封装的结构适于油田现场的恶劣环境。通过ECT和ERT两种层析成像技术对基于电学性质的液位测量过程进行补偿，能够显著提高测量精确度，并起到了现有技术中所不具备的诸多有益效果。
附图说明
图1是本实用新型所提供的液位传感器的结构示意图
图2a、2b是本实用新型所提供的液位检测系统结构示意图
图3是本实用新型所提供的液位检测方法的原理图
图4是本实用新型所提供的液位检测方法单独选择采用ECT模式或ERT模式的流程图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本设计方法进行详细说明。
本实用新型所提供的一种基于电学层析技术的液位传感器，如图1所示，包括：内筒、外筒以及若干电极片；其中，部分所述电极片成对且对称设置在内筒外壁上部，用于基于电容层析成像(ECT)原理检测；其余所述电极片成对且对称设置在内筒内壁下部，用于基于电阻层析成像(ERT)原理检测；所述外筒为外屏蔽层，用于屏蔽外部电干扰；每个所述电极片均连接有引线；所述外筒两端设有螺纹密封盖，通过螺丝固定，所述螺纹密封盖设有密封格兰头用于引出所述引线。
如图2a、2b所示，本实用新型所提供的一种液位检测系统，包括上述本实用新型所提供的液位传感器，以及：控制模块、步进电机、数据采集模块、液位计算模块、图像重建模块以及校正输出模块；
其中，所述步进电机用于受控于所述控制模块，拖动所述液位传感器在三相分离器中上下移动；
所述数据采集模块用于获取所述液位传感器采集的电容值和电压值并输出给所述液位计算模块和所述图像重建模块；
所述液位计算模块用于根据输入的电容值和电压值计算液位，并将结果输出给所述校正输出模块；
所述图像重建模块用于根据输入的电容值和电压值分别基于ECT和ERT原理进行成像，并将结果输出给所述校正输出模块；
所述校正输出模块将所述液位计算模块和所述图像重建模块输入的结果进行相互补偿校正，并输出最终液位测量结果。
如图3所示，当ECT/ERT液位传感器从乳化物中移动到油中时，ECT液位传感器工作，在油和乳化物分界面到达电极对(1,2)之前，电极对(1,2)之间的电容值 C12几乎保持不变，如果此继续移动传感器，电极对(1,2)逐渐从乳化物进入到油中，由于介电常数发生突变，电容值C12也会发生突变，因此可认为在电容C12 开始发生突变的点，油和乳化物的分界面正好位于电极对(1,2)的正上方，根据这一位置关系，便可计算出油和乳化物分界面的位置。同理，在电容值C34开始发生突变的点，油和乳化物的分界面正好位于电极对(3,4)的正上方。当液位传感器从油中移动到空气中，依然是ECT液位传感器工作，可以根据电容值C12,C34的变化来计算油和空气的分界面液位。但是仅仅根据电容值变化计算液位，和传统电容式液位传感器误差没有多大区别，若加入ECT成像，则可减小传感器检测液位的误差。在成像图中找出分界面的位置，在根据比例关系计算真实分界面的液位，相比根据电容值或电压值变化计算液位，这种方法误差更小，但是该方法也有一个缺点，就是当分界面位于传感器上边缘或下边缘时，成像效果会很差，几乎不能根据成像来判断液位，因此需要将电压电容法和成像法相结合，来计算多层介质的液位。
在本申请的一个优选实施例中，可根据介质分布类型单独选择采用ECT模式或ERT模式，如图4所示，具体包括：
对于水/乳化物形式的分布，基于电压值跳变计算所述介质分界面的液位，并基于ERT原理重建成像进行校正；对于乳化物/油/泡沫或空气形式的分布，则基于电容值跳变计算所述介质分界面的液位，并基于ECT原理重建成像进行校正。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于电学层析成像技术的液位传感器，其特征在于：包括内筒、外筒以及若干电极片；其中，部分所述电极片成对且对称设置在内筒外壁上部，用于基于电容层析成像ECT原理检测；其余所述电极片成对且对称设置在内筒内壁下部，用于基于电阻层析成像ERT原理检测；所述外筒为外屏蔽层，用于屏蔽外部电干扰；每个所述电极片均连接有引线；所述外筒两端设有螺纹密封盖，通过螺丝固定，所述螺纹密封盖设有密封格兰头用于引出所述引线。
2.如权利要求1所述的液位传感器，其特征在于：所述引线采用SMA线，通过钢链引至三相分离器外部的数据采集模块。
3.如权利要求1所述的液位传感器，其特征在于：所述液位传感器包括8对电极片，所述内筒外壁和内壁分别设置4对所述电极片，所述电极片长度为20mm，间距为5mm，弧度为60度。
4.如权利要求1所述的液位传感器，其特征在于：所述内筒直径为60mm，外筒直径为80mm。
5.如权利要求2所述的液位传感器，其特征在于：所述内筒采用5mm厚的PEEK材料，外筒选择2mm厚的PEEK材料，电极片采用0.5mm厚的铜片，密封格兰头、钢链和固定螺丝均为304材质。
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| CN108593046B (zh) * | 2018-07-30 | 2023-11-10 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种基于电学层析成像技术的液位传感器、液位检测系统及检测方法 |
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