專利名稱：三相原油含水儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相原油含水儀。
目前，原油含水、含氣率的測量方法甚多，主要有振動密度計法、介電常數(shù)(電容)測定法、電磁波吸收法和放射性射線吸收法等。射線法由于具有非接觸測量等特點，使用效果較好。特別是利用γ射線吸收原理的儀表得到了較為廣泛的應用。目前國內(nèi)市場上較好的產(chǎn)品是ROH-1型原油含水、含氣率測量儀(中科院近物所科慶公司產(chǎn))，其原理是利用γ射線在原油中的透射和散射，用透射探測器與γ射線源徑向?qū)ΨQ位安裝測量透射信號，在與γ射線源沿軸向一定范圍內(nèi)徑向呈一定夾角處安裝散射探測器測量散射信號，兩測量信號經(jīng)信號處理電路處理后，由計算機內(nèi)的軟件中的計算公式的含水率、含氣率計算公式計算出，該兩計算公式的含水率、含氣率為相關函數(shù)互解方程得出；但由于測定透射、散射時，透射、散射探測器在軸向成一定距離、并在徑向成一定角度，則透射、散射測定的原油時介質(zhì)相同部分較少，介質(zhì)中水、氣含量并不完全相同，因而兩計算公式的相關性較差，采用該測量儀測量時需混勻氣液，且其當含氣量高達30％以上時，氣液混合不同，其測量精度就不太精確。
本實用新型的目的是為了提供一種利用γ射線源在射線發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的透射和散射兩種能量的射線穿過同一介質(zhì)后的測量信號來測定含水率，且其測量精度高、含氣率可測至50％的三相原油含水儀。
本實用新型的目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種三相原油含水儀，含有測量管道、射線發(fā)生器、射線探測器、計算機等；在測量管道的測量間隙的外壁徑向?qū)ΨQ位置分別裝有射線發(fā)生器和射線探測器；射線發(fā)生器產(chǎn)生的高、低兩種能量的γ射線由射線探測器的閃爍體接收變?yōu)閮煞N強度的光信號，閃爍體的光信號輸入至光電倍加管，由光電倍加管產(chǎn)生的電信號與信號處理電路相聯(lián)；信號處理電路是由放大及單道分析電路、增益穩(wěn)定電路、計數(shù)接口電路、計算機、D/A轉(zhuǎn)換器組成。
本實用新型的目的還可通過如下措施來實現(xiàn)三相原油含水儀的信號處理電路是由光電倍加管及輔助電路輸出的電信號S1與放大及單道分析電路中的放大器A相聯(lián)，由放大器A輸出的放大信號S2、S5分別與放大及單道分析電路中的單道分析器SCA1和增益穩(wěn)定電路中的單道分析器SCA2相聯(lián)，由單道分析器SCA1、SCA2輸出的電信號均與計數(shù)接口電路相聯(lián)，并與計算機相聯(lián)；由計算機輸出的數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，由運算放大器IC放大輸出與高壓電源HV相聯(lián)，并與光電倍加管的輸助電路相聯(lián)。
信號處理電路中的放大及單道分析電路中的放大器A是由三極管T4、T5組成的差分放大電路、三極管T2、電阻R9、R5、R6、二極管D2組成的共基極放大電路、三極管T3、T1組成的射極跟隨器等組成；由射線探測器輸出的電信號S1通過電阻R10與放大器A的差分放大電路中的三極管T4的基極相聯(lián)，三極管T4的集電極輸出電信號與共基極放大電路的三極管T2的射電極相聯(lián)；三極管T2的集電極輸出電信號與射極跟隨器的三極管T3的基極相聯(lián)，由三極管T1的集電極經(jīng)電阻R3、R2、電容C1輸出電信號S2、S5。信號處理電路中的單道分析器SCA1、SCA2的電路相同，均是由施密特觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路及或非門組成；由放大及單道分析電路中的放大器A輸出的電信號S2、S5中的一路信號經(jīng)電壓比較器U1、U2比較后，分別與由U10A、U10B及U9A、U9B組成的兩施密特觸發(fā)器的輸入端相聯(lián)，由施密特觸發(fā)器U10A的3腳及U9A的6腳輸出的電信號分別與RS觸發(fā)器的R、S端相聯(lián)；并由施密特觸發(fā)器的3腳輸出的電信號與由U10C、U10D組成的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端相聯(lián)，由U10D的11腳輸出的電信號與由RS觸發(fā)器的Q端輸出的電信號一起與或非門U5A的輸入端相聯(lián)，由其輸出電信號。
另在計算機的計算軟件中含有兩計算公式η=[Ln(No/Nk)/D(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面氣相所占的相對截面即含氣率，No、No′分別表示低、高能束γ射線源強計數(shù)率(即不穿過介質(zhì)時)，Nk、N′k分別表示低、高能束γ射線穿過被測介質(zhì)的計數(shù)率，μw、μw′分別表示低、高能束γ射線穿過原油中含水對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，μp、μp′分別表示低、高能束γ射線穿過原油時油對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，D表示測量間隙中的被測介質(zhì)的厚度；μw、μw′、μp、μp′對一種不變的介質(zhì)為常數(shù)，可通過現(xiàn)場標定得出。
本實用新型相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點
1、本實用新型利用射線發(fā)生器內(nèi)的γ射線源發(fā)射的γ射線轟擊靶金屬片產(chǎn)生次級X射線，并由反射體反散射產(chǎn)生散射γ射線的方法來產(chǎn)生兩種能量不同的γ射線，兩種不同能級的γ射線穿過同一測量間隙的被測介質(zhì)，由于同一介質(zhì)對兩種不同能級的射線的吸收系數(shù)不同，因而其穿過介質(zhì)由閃爍體探測的能量也不同，其計數(shù)也就不同，從而通過計算機的處理即可得出含水率。
2、本實用新型由于采用穿過相同介質(zhì)的方法測量含水率及含氣率，因而含水率和含氣率是一致并相關的；因此在測量斷面上，氣相分布的不均勻性和液相中油和水相對含量分布的不均勻性均不影響其測量結(jié)果。
3、本實用新型的含水率測量精度可達±2％，最高含氣率可測至50％。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖給出

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖1-測量管道 2-測量間隙 3-射線發(fā)生器 4-射線探測器5-射線發(fā)射源 6-靶金屬片 7-反射體 8-準直空板 9-防腐罩10-屏蔽罩11-閃爍體 12-光電倍加管 13-輔助電路 14-鈹窗15-放大及單道分析電路16-增益穩(wěn)定電路17-計數(shù)接口電路18-計算機19-D/A轉(zhuǎn)換器圖2是本實用新型放大器A的電路圖圖3是本實用新型的單道分析器(兩路)電路圖本實用新型還將結(jié)合附圖1實施例作進一步詳述參照圖1，一種三相原油含水儀，含有測量管道1、射線發(fā)生器3、射線探測器4、計算機18等，射線發(fā)生器3、射線探測器4、計算機18均可采用現(xiàn)有產(chǎn)品，射線探測器4由閃爍體11、光電倍加管12及其輔助電路13組成；在測量管道1的測量間隙的外壁徑向?qū)ΨQ位置分別裝有射線發(fā)生器3和射線探測器4；射線發(fā)生器3產(chǎn)生的高、低兩種能量的γ射線由射線探測器4的Na(T1)閃爍體11接收變?yōu)閮煞N強度的光信號，閃爍體11的光信號輸入至光電倍加管12，由光電倍加管12產(chǎn)生的電信號與信號處理電路相聯(lián)；信號處理電路是由放大及單道分析電路15、增益穩(wěn)定電路16、計數(shù)接口電路17、計算機18、D/A轉(zhuǎn)換器19組成；由光電倍加管12及其輔助電路13輸出的電信號S1與放大及單道分析電路15中的放大器A相聯(lián)，由放大器A輸出的放大信號S2、S5分別與放大及單道分析電路15中的單道分析器SCA1和增益穩(wěn)定電路16中的單道分析器SCA2相聯(lián)，由單道分析器SCA1、SCA2輸出的電信號均與計數(shù)接口電路17相聯(lián)，并與計算機18相聯(lián)；由計算機18輸出的數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換后，由運算放大器IC放大輸出與高壓電源HV相聯(lián)，并與光電倍加管12的輸助電路13相聯(lián)。參照圖2，信號處理電路中的放大及單道分析電路15中的放大器A是由三極管T4、T5組成的差分放大電路、三極管T2、電阻R9、R5、R6、二極管D2組成的共基極放大電路、三極管T3、T1組成的射極跟隨器等組成；由射線探測器4輸出的電信號S1通過電阻R10與放大器A的差分放大電路中的三極管T4的基極相聯(lián)，三極管T4的集電極輸出電信號與共基極放大電路的三極管T2的射電極相聯(lián)；三極管T2的集電極輸出電信號與射極跟隨器的三極管T3的基極相聯(lián)，由三極管T1的集電極經(jīng)電阻R3、R2、電容C1輸出電信號S2、S5。參照圖3，信號處理電路中的單道分析器SCA1、SCA2的電路相同，均是由施密特觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路及或非門組成；由放大及單道分析電路15中的放大器A輸出的電信號S2、S5中的一路信號經(jīng)電壓比較器U1、U2比較后，分別與由U10A、U10B及U9A、U9B組成的兩施密特觸發(fā)器的輸入端相聯(lián)，由施密特觸發(fā)器U10A的3腳及U9A的6腳輸出的電信號分別與RS觸發(fā)器的R、S端相聯(lián)；并由施密特觸發(fā)器的3腳輸出的電信號與由U10C、U10D組成的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端相聯(lián)，由U10D的11腳輸出的電信號與由RS觸發(fā)器的Q端輸出的電信號一起與或非門U5A的輸入端相聯(lián)，由其輸出電信號。在計算機18的計算軟件中含有兩計算公式η=[Ln(No/Nk)/D(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>輸出λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面氣相所占的相對截面即含氣率，No、No′分別表示低、高能束γ射線源強計數(shù)率(即不穿過介質(zhì)時)，Nk、N′k分別表示低、高能束γ射線穿過被測介質(zhì)的計數(shù)率，μw、μw′分別表示低、高能束γ射線穿過原油的含水對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，μp、μp′分別表示低、高能束γ射線穿過原油時油對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，D表示測量間隙2中的被測介質(zhì)的厚度；μw、μw′、μp、μp′對一種不變的介質(zhì)為常數(shù)，可通過現(xiàn)場標定得出。
對公式(1)、(2)中的μw、μp、μ′w、μ′p的標定，可通過如下方法測定；當被測介質(zhì)為全油時，μw、μ′w為0、η＝0、λ＝0，則解(1)、(2)公式得出
式中N油、N′油分別表示低能級和高能級的γ射線穿過全油介質(zhì)時的計數(shù)率。當被測介質(zhì)全水時，μp、μ′p為0，η＝1，λ＝0，則解(1)、(2)公式可得出
，式中N水、N′水分別表示低能能級和高能級γ射線穿過全水介質(zhì)時的計數(shù)率。通過現(xiàn)場標定的吸收系數(shù)，則可適于該現(xiàn)場的油品的測量，也可作為常數(shù)。
本實用新型的工作原理如下由γ射線源5發(fā)射的γ射線轟擊靶金屬片6產(chǎn)生次級κ射線；一部分γ射線被反射體7產(chǎn)生散射γ射線；次級κ射線和散射γ射線一起通過準直孔板8和防腐罩9進入測量間隙2，穿過被測介質(zhì)后強度衰減，然后通過探測器4前的防腐罩9、敏窗14被探測器4的Na(T1)閃爍體11接收成為光信號，由光電倍加管12轉(zhuǎn)換成電信號。由其輔助電路13輸出的電信號S1輸?shù)椒糯笃鰽的輸入端，通過電阻R10至三極管T4的基極。經(jīng)由T4、T5構(gòu)成的差分放大電路放大倒相后由T4的集電極輸出正極性脈沖至T2的發(fā)射極。T2、R9、R5、D2和R6構(gòu)成單管共基極放大電路。信號經(jīng)二次放大后由T2的集電極輸出正極性脈沖至T3的基極。T3、T1構(gòu)成一射極跟隨器，最后由T1的集電極經(jīng)電阻R3、R2、電容C1輸出正極性的輸出脈沖。為提高放大器A的穩(wěn)定性，接入電阻R1構(gòu)成的電壓并聯(lián)式負反饋。C3、R7和R8構(gòu)成“自舉”電路以提高T2放大級開環(huán)增益。由放大器A輸出的正極性脈沖信號S2或S5同時輸入到電壓比較器U1、U2。當輸入脈沖的幅度既≥U1的參考電平(由W4提供)，又≥U2的參考電平(由W3提供)時，比較器U1輸出一負脈沖，經(jīng)下施密特觸發(fā)器(U10A、U10B)成形后由U10A的3腳輸出一正脈沖到RS觸發(fā)器的R端。而比較器U2輸出的負脈沖，經(jīng)上施密特觸發(fā)器(U9A、U9B)成形后由U9A的6腳輸出一負脈沖到R3觸發(fā)器的S端。同時，下施密特觸發(fā)器的3腳輸出的正脈沖經(jīng)微分后觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路(U10C、U10D)，由U10D的11腳輸出一負脈沖到或非門U5A的一個輸入端；由U10C的8腳輸出一正脈沖到RS觸發(fā)器的R端。RS觸發(fā)器的Q輸出端連接到或非門U5A另一個輸入端。在上下施密特觸發(fā)器均被觸發(fā)的情況下，根據(jù)上述信號連接關系，RS觸發(fā)器的輸入端為S＝0，R＝1，故其Q輸出端為1。而或非門U5A的輸入為1、0，其輸出為0，即無輸出脈沖信號。當僅有下施密特觸發(fā)器被觸發(fā)時，RS觸發(fā)器的輸入端為S＝0，R＝0，故Q＝0?；蚍情TU5A的輸入為0、0，其輸出為1，即產(chǎn)生一個輸出脈沖。
權利要求1.一種三相原油含水儀，含有測量管道(1)、射線發(fā)生器(3)、射線探測器(4)、計算機(18)等；其特征是在測量管道(1)的測量間隙的外壁徑向?qū)ΨQ位置分別裝有射線發(fā)生器(3)和射線探測器(4)；射線發(fā)生器(3)產(chǎn)生的高、低兩種能量的γ射線由射線探測器(4)的閃爍體(11)接收變?yōu)閮煞N強度的光信號，閃爍體(11)的光信號輸入至光電倍加管(12)，由光電倍加管(12)產(chǎn)生的電信號與信號處理電路相聯(lián)；信號處理電路是由放大及單道分析電路(15)、增益穩(wěn)定電路(16)、計數(shù)接口電路(17)、計算機(18)、D/A轉(zhuǎn)換器(19)組成。
2.如權利要求1所述的三相原油含水儀，其特征是由光電倍加管(12)及其輔助電路(13)輸出的電信號S1與放大及單道分析電路(15)中的放大器A相聯(lián)，由放大器A輸出的放大信號S2、S5分別與放大及單道分析電路(15)中的單道分析器SCA1和增益穩(wěn)定電路(16)中的單道分析器SCA2相聯(lián)，由單道分析器SCA1、SCA2輸出的電信號均與計數(shù)接口電路(17)相聯(lián)，并與計算機(18)相聯(lián)；由計算機(18)輸出的數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(19)轉(zhuǎn)換后，由運算放大器IC放大輸出與高壓電源HV相聯(lián)，并與光電倍加管(12)的輸助電路(13)相聯(lián)。
3.如權利要求2所述的三相原油含水儀，其特征是信號處理電路中的放大及單道分析電路(15)中的放大器A是由三極管T4、T5組成的差分放大電路。三極管T2。電阻R9、R5、R6、二極管D2組成的共基極放大電路、三極管T3、T1組成的射極跟隨器等組成；由射線探測器(4)輸出的電信號S1通過電阻R10與放大器A的差分放大電路中的三極管T4的基極相聯(lián)，三極管T4的集電極輸出電信號與共基極放大電路的三極管T2的射電極相聯(lián)；三極管T2的集電極輸出電信號與射極跟隨器的三極管T3的基極相聯(lián)，由三極管T1的集電極經(jīng)電阻R3、R2、電容C1輸出電信號。
4.如權利要求2所述的三相原油含水儀，其特征是信號處理電路中的單道分析器SCA1、SCA2的電路相同，均是由施密特觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路及或非門組成；由放大及單道分析電路中的放大器A輸出的電信號S2、S5中的一路信號經(jīng)電壓比較器U1、U2比較后，分別與由U10A、U10B及U9A、U9B組成的兩施密特觸發(fā)器的輸入端相聯(lián)，由施密特觸發(fā)器U10A的3腳及U9A的6腳輸出的電信號分別與RS觸發(fā)器的R、S端相聯(lián)；并由施密特觸發(fā)器的3腳輸出的電信號與由U10C、U10D組成的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端相聯(lián)，由U10D的11腳輸出的電信號與由RS觸發(fā)器的Q端輸出的電信號一起與或非門U5A的輸入端相聯(lián)，由其輸出電信號。
5.如權利要求1、2所述的三相原油含水儀，其特征是在計算機(18)的計算軟件中含有兩計算公式η=[Ln(No/Nk)/D-(1-λ)]-μpμw-μp----(1)]]>λ=1-Ln(N′o/N′k)/Dμp′+η(μw′-μp′)----(2);]]>式(1)、(2)中η表示含水率，λ表示截面氣相所占的相對截面即含氣率，No、No′分別表示低、高能束γ射線源強計數(shù)率(即不穿過介質(zhì)時)，Nk、N′k分別表示低、高能束γ射線穿過被測介質(zhì)的計數(shù)率，μw、μw′分別表示低、高能束γ射線穿過原油中含水對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，μp、μp′分別表示低、高能束γ射線穿過原油時油對其產(chǎn)生吸收的吸收系數(shù)，D表示測量間隙(2)中的被測介質(zhì)的厚度；μw、μw′、μp、μp′對一種不變的介質(zhì)為常數(shù)，可通過現(xiàn)場標定得出。
專利摘要本實用新型涉及一種三相原油含水儀,含有測量管道、射線發(fā)生器、射線探測器、計算機等;在測量管道的測量間隙的外壁徑向?qū)ΨQ位置分別裝有射線發(fā)生器和射線探測器;射線發(fā)生器產(chǎn)生的高、低兩種能量的γ射線由射線探測器的閃爍體接收變?yōu)閮煞N能量的光信號,閃爍體的光信號輸入至光電倍加管,由光電倍加管產(chǎn)生的電信號與信號處理電路相聯(lián);該含水儀測量精度高、含氣率可測至50%。
文檔編號G01N23/22GK2284395SQ9624027
公開日1998年6月17日 申請日期1996年11月6日 優(yōu)先權日1996年11月6日
發(fā)明者孫錫軍, 李光偉, 晏太來 申請人:中國科學院近代物理研究所