微波法原油含水率测量.pdf

年
仪表故木与传惑器
第12期
Instrument Technique and Sensor
No.12
微波法原油含水率测量
于洋,孙香
(沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870
摘要:原油含水量是油田开采的一个重要指标,不同介电常数的油水混合物对徽波信号的吸收率是不同的,基于这
原理设计了一种具有自动定标功能的微波原油含水率測量系统。该系统改进了传統的微波透射法单通道测量方式,采用
测量通道和参考通道的双通道测量方式,利用环形器和PHN调制开关的组合,替代魔T和功分器的使用,降低了系统成
本,并且有效地克服了信号源的不稳定性及空间千扰对系統的影响,提高了测量的精确性。该系统实现了0~40%中高
含水率油品的精确测量,实验证明该装置具有工作稳定性好,測量精确度高,可在绒测量等优,点。
关键词:後波;调制开关;数字减器;自动定标
中图分类号:TP216文献标识码;A文章编号:1002-1841(2011)12-0093-03
Measurement of Water Content in Crude Oif by Miicrowave
YU Yang, SUN Xiang
(Shenyang University of Technology, School of Information science and Technology, Shenyang 110870, China
Abstract: Water content in crude oil is an important parameter in oil field exploitation. An auto-calibration water content
measurement system was designed based on the different absorption rate of oil-water mixture with varies dielectric constant. Double
channels were adapted with measure channel and reference channel using circulator and modulator switch to instead of magic T and
splitter, so the system cost was lower and the influence caused by unstable signal power and space disturb was reduced greatly and
measurement accuracy was improved. The precise measurement ofo-40% water content is achieved in this system. According to a
lot of experiments, this system can realize stable work with precise measurement and on-line measurement.
Key words: microwave; modulation switch digital attenuator; automatic calibration
0引言
是频率极髙的电磁波,在微波作用下,水偶极子频繁换向则会
原油含水率在油田开采及提炼加工过程中是一个至关重消耗大量的电能。含水物质这种极化损耗的特性,可以通过
要的性能指标叫。因此对原油含水率实时准确的测量有着非其复合介电常数来表征,所以测得含水混合物的复合介电常
常重要的实际应用价值和意义。所以研究测量范围宽、精度高数,便能间接测得该物质中含水量的多少。物质的复合介电常
的油品含水率检测仪表具有重要的现实意义。
数?可以表示为
由于微波的穿透能力很强,它所检测的不仅仅是物质表层
的水分,还可检测物质内部的水分含量,而且具有测量时间短、式中:6'代表介质的储能特性,反映了在电场中被极化的能力
效率高等显著优点。因此,采用微波透射法对原油含水率进“是由弛豫损耗造成的,常以热量的形式散发。
行测量,为达到自动定标的功能,在实验中,将整个系统分为参
介电常数中'和"的大小与电场的频率有关。例如,在频
考通道和测量通道,定量纯油时含水率为0,通过单片机来调节率为10CHz时,水e'=64,一般材料'<10;水的损耗因子e
两通道的平衡和实现自动定标功能,可实现宽范固、高精度的=40,而一般材料"<1。这个显著差别表示:当微波通过含水
原油含水率的测量。
物质时,由水分引起的微波能量的损耗远远大于其他物质引起
微波透射法測量基本原理
的损耗,物质中的含水量将显著的影响其介电常数。
1.1复合介电常数
1.2功率衰减
微波是一种特殊频率波段的电磁波,微波的传输依靠的是
基于油和水之间介电常数的明显差异,常温下(20℃)
交变电场和交变磁场的相互感应而传播的。微波通过电介水的介电常数大约为80,而原油的介电常数大概只有2.5,水的
质时,电介质被极化,造成微波能量的衰减,故可以测量微波通介电常数比原油大很多,油水混合物的介电常数主要由水决
过待测物质前后的衰减变化值来间接测量物质的一些特性。
定,所以经过油水混合物后的微波能量衰减主要由水分引起
水具有很强的极化特性,水分子在外电场的作用下,会因此测量通过待测样品后微波能量的衰减值即可以计算得出
被极化成偶极子,并沿电场方向取向,外电场改变,则偶极子重混合物质的含水率,这是微波透射衰减法测原油含水率的原
新排列,并吸收电能以克服内力,此时电场能量被消耗。微波理。
微波通过含水物质时,其振幅、相位和传播速度会发生变
基金项目:辽宁省教育厅创新团队项目资助(2008T145
化,变化的大小主要取决于物质的介电常数。因此测量通过物
收稿日期:2011-04-14收修改稿日期:2011-09-07
质时,微波的功率衰减、相位变化、谐振频率等与介电常数相关