含水分析仪

　测量与设备含水分析仪刘文滨(黑龙江省计量科学研究院,哈尔滨)要本文介绍了含水分析仪的工作原理、摘　硬件电路、密度式传感器、软件和仪器的误差分析。关键词传感器含水微计算机函数处理　含水分析仪是为油田管道输送中油量计量和监测油井地址变化而设计的,它同时也可用于两相液稳定性的含量分析,我们研制的这套仪器准确度高、好、响应速度快,非常适用于在线测量。基本原理一、含水分析仪的原理是:用在线振动式密度传感水的器测取油水混和液的密度值,当振管体积一定、密度和油的密度一定时,质量含水率就只与混合液的密度有关。设水的密度为ρ(kg/m),油的密度为ρ(kg/s30m),混合液的密度为ρ(kg/m),则质量含水率η为:33η=ms/m=ρVs/(ρ)sVρVs+ρV0=m=ρs0VV0+Vs=V式中:ms为水的质量(kg);m为混合液的质量(kg);Vs为水的体积(m3);确定液体密度。振管的固有频率由下列数学公式决定:EIπf=an/2(1)l4(Aρ+Aρ)ss式中:an为振动常数;E为弹性模量(MPa);4I为惯性距(m);l为振管长度(m);As为振管截面(m2);ρ为振管密度(kg/m3);s2A为振管内面积(m);ρ为混合液密度(kg/m3);f为振管的固有频率(Hz)。我们研制的传感器,采用中心振管与壳体软弹性连接、多线圈拾取激中心振管工作于三次谐波状态、励、微计算机修正和数据处理等准正弦波锁相跟踪、新技术,使得振动式液体密度传感器的准确度和稳定性都有很大提高(高精度振动式密度传感器结构见图1,高精度振动式密度传感器驱动线路见图2)。3V0为油的体积(m);3V为混合液的体积(m)。解此方程组得:η=ρ(ρ-ρ)/ρ(ρ-ρ)s0s0由上式可知:混合液的质量含量是在线混合液的密度函数,通过在线测取混合液密度,经计算机处理就可随时给出其质量含量和一段时间的水含量及通过的油量。密度传感器二、我们自行研制的振动式密度传感器的原理是:当液体流过传感器时,振动敏感元件(振管)的共振频率随密度不同而不同,通过测量周期(频率)即可图1图2含水仪的硬件电路及软件三、硬件电路采用单片机形式,数据处理和控制电??　14计量技术No2　测量与设备数修正,修正后的密度值即为混合液的密度,在经函数计算可得含水率值。整个系统非常优化,体积小造价低。含水仪软件采用汇编语言编写,功能多而强,以软件的最大优化和功能开发来降低硬件开销。含水分析仪的误差测试和计算四、含水分析仪的误差主要由密度传感器和含水仪函数误差两部分组成。11密度传感器“目前国内都是根据JJG370-84工作振动管液体密度计试行检定规程”所规定的测试方法检定,一是拟合曲线的3σ法,二是密度比较法(已知曲线)。拟合曲线3σ法是:由实验测取各给定密度点的周期数据,通过最小二乘法算得标定曲线,精度采用三倍的σ表示。我们研制的高精度振动式液体密度传感器实验数据和精度计算见表1。ρ-ρtcTt路功能如图3。敏感元件在测量范围内产生4kHz左右的频率信号,为了提高测量的准确度,采用测量周期的方法。将脉冲信号1000分频进入CTC的ZC0通道,时标脉冲进入ZC1通道,当ZC0通道计1000个脉冲时,读取ZC1通道的脉冲个数,即可测得周期数,CPU按预置函数和参数,用曲线回归的方法即可算出密度值ρ。图3为了提高测量准确度,对压力和温度进行时时修正。压力和温度敏感元件产生的信号经A/D转换后通过PIO口进入计算机,根据Kp和Kt进行函表1点数ρcρt18-+-+-5180K1=-9Kt=+014Kp=+215K2=×3σ=±114kg/m3-2计算结果100℃kg/m3?-1kg/m3?MPa-1K3=6×-510　　c为三次测量的平均值;T为三次测量的周期平均值;ρt计算值;t为温度。ρ　　1含水仪函数误差2如ρ=1、0=018、=019则:sρρ含水仪的误差包括传感器的误差和二次表的计Δ/Δ=(1/ρ)[(-018)/(012)]+5/ρηρ2ρ算误差,二次表的误差很小,可忽略,实际上含水仪=(1/0181)×11/012+2122=的误差就是密度的函数误差。如Δ=0105%则:ρη=ρ/ρ[(ρ-ρ)/(ρ-ρ)]s0s0Δ=6117ρ=6117×105%=0131%ηΔ0Δ/Δ=-ρ/ρ[(-ρ)/(s-ρ)]+ηρs2ρ0ρ0如果密度测量达到0105%,含水就可测到ρ/ρ[1/(s-ρ)]sρ00131%。可以满足两相液测量的需要。计量技术No2　??15

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