1、引言

        在油田氣、液兩相分離器中,需要監(jiān)控液位,以測量液體與氣體流量。目前,多數(shù)玻璃管液位計采用的接觸式電極,是利用液體與氣體導電性能的差別來控制電路的通斷,并將其信息傳送給測控系統(tǒng),交替地測量出液體與氣體的流量。這種接觸式玻璃管液位計的zui大缺點是隨使用時間的增長,液體中的膠質(zhì)懸浮物將不斷地附著在電極表面,形成一層導電性能較差的包裹層,當電極與液體接觸時,使其導電能力變差而影響電路通斷,影響計量結果。因此必須經(jīng)常更換電極,這樣既影響測試,也增加了勞動強度。所以需要研究新的技術方法來監(jiān)控水位。而玻璃管水液位的非烤觸監(jiān)控的研究取得了階段性成果0。

 

2、基本原理

        在常溫下,水的相對介電常數(shù)約為80,而空氣(或天然氣)僅略大于1。利用水與空氣相對介電常數(shù)的不同,可把插到玻璃管中的電極由包在玻璃管外的兩個半圓筒面極板組成的電容器來代替,這就把接觸式變?yōu)榉墙佑|式。因此,可由電容器電容量的變化來反映出玻璃管中介質(zhì)狀態(tài)的變化。由于這種介質(zhì)狀態(tài)的改變而引起半圓筒面電容器電容量的變化很小,僅為幾個PF,很容易被外界電磁干擾或引線電容淹沒掉。經(jīng)過多次探索研究,我們采用了短波諧振電路,利用諧振技術的放大方法將電容量的微小變化轉(zhuǎn)換為較大的電壓變化(約幾伏特)輸出,便可啟動繼電器工作,實現(xiàn)非接觸監(jiān)控。其電路原理如圖1所示。圖中R為導線電阻與電感器電阻的總和;L為電感器電感和引線電感的總和;C為電容器電容和引線電容的總和;r為并聯(lián)損耗電阻(極板間瀉漏電阻與極板間介質(zhì)損耗等效電阻之和);側(cè)為負載電阻(約幾十千歐);V,為甚高頻(短波)交流電壓源(由晶振電路提供);V為輸出電壓信號(伏特級)。

        由此可見,當玻璃管中為水時,電容器電容量較大,可使LC諧振回路處在諧振狀態(tài),振蕩電壓較高,經(jīng)檢波后有較大電壓輸出,可啟動繼電器接通控制電路。當玻璃管中為空氣時,電容器電容量較小,LC回路調(diào)離諧振狀態(tài),振蕩電壓很低,經(jīng)檢波后輸出電壓較小,不足啟動繼電器,繼電器復位,斷開控制電路。采用的諧振放大技術,可以檢測出很小的電容變化量,故靈敏度很高。

 

3.半圓筒面電容器電容量的計算

        緊貼在圓形玻璃管外的兩半圓筒面電極板組成的電容器的橫截面如圖2所示。圖中a為玻璃管外半徑(即電容器內(nèi)半徑);b為玻璃管內(nèi)半徑,且有b>a(一b),l為電容器沿玻璃管軸向長度(圖中未畫出);2a為電容器橫截面上的一極板相對于圓心的張角。

 

        調(diào)試的目的:

        (l)保證有恰當?shù)碾娙萘緾水,使電路的振蕩電壓不超過諧振的峰值電壓,而檢波后的輸出電壓又能啟動繼電器,使之處于接通狀態(tài)(常閉)。

        (2)當水位下降致使電容器內(nèi)玻璃管中為空氣時,電路的輸出電壓小于繼電器的復位電壓,使繼電器處于斷開狀態(tài)(常開)。

 

        對于已裝好的半圓筒面電容器,l和a2多數(shù)是定值。這時可采用并聯(lián)接入電容量為1~3PF的瓷片電容以改變其電容值。也可適當調(diào)整固緊裝置的松緊程度以改變分布電容來實現(xiàn)電容量的微調(diào)。當兩者都不能湊效時,應更換電容器以改變l和a2來達到實用要求。

 

結論

 

        玻璃管液位計水位的非接觸監(jiān)控已在勝利油田的一個采油計量站試用,工作半年多整機裝置無故障。能準確地向測試系統(tǒng)提供通與斷的信息,無緩延現(xiàn)象,一致性和重復性好,有利于計量指令的執(zhí)行,提高了計量的可靠性和準確性。

 

        綜合現(xiàn)場反映的問題,還要在下列幾方面繼續(xù)進行完善工作。

 

        (l)進一步完善短波諧振電路和半圓筒面電容器的配接,減少分布電容的影響,提高抗電磁干擾的能力。

        (2)改進電容器的結構設計與制造工藝,使之有較大的適應性,并能簡便地調(diào)整其電容值,以使電路有合適的輸出電壓啟動繼電器工作。從而起到了玻璃管中接觸電極的作用。

        (3)根據(jù)用戶的具體情況,建議改進測試系統(tǒng),直接采用電壓的變化作為指令信號,以提高整機裝置的防爆性能。

        (4)這種玻璃管液位計水位的非接觸監(jiān)控簡單方便、準確可靠,是監(jiān)控水位的一種新方法。可將其應用在鍋爐水位的自動監(jiān)控,是有發(fā)展前景的應用技術。