CN204330035U - 一种电磁相关流量测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电磁相关流量测量传感器，其技术方案的要点是，它包括测量管道、一对励磁结构组件、一对带孔的励磁结构固定板、四对测量电极组件和两对电极紧固带；励磁结构组件由励磁线圈、磁芯和励磁线圈固定架板构成，励磁线圈呈马鞍状，励磁结构组件在测量管的轴向长度比径向长度长，使得检测电极位于励磁结构组件产生的感应磁场中；测量电极组件包括检测电极和绝缘套，两对检测电极位于测量管同一径向截面，余下两对检测电极在相距一定轴向距离的另一径向截面。本实用新型涉及的电磁相关流量测量传感器工艺简单、可连续测量，制造成本低、体积小、重量轻，流量测量范围宽、测量准确，可在线测量的两相流或多相流流量。

Description

一种电磁相关流量测量传感器

技术领域

本实用新型涉及一种流量测量传感器，尤其涉及一种用于测量油井井下油水两相流或油气水三相流流量的电磁相关流量测量传感器。

背景技术

油、气、水三相流是一种常见的多相流，其广泛存在于现代石油工业中，因此对其测量技术的研究具有重要的意义。其中，流量测量是一个重要的研究内容，通常采用速度法来间接测量油井管道内流体的流量，此时速度的准确测量显得十分重要。

电磁流量计是一种测量流量的仪表，它具有非侵入性特点，不产生压力损失，它不受流体温度、压力、密度和粘度等流体本身特性的影响，并对流体的流量变化能快速响应。近年来电磁流量计已开始应用于高含水的油田注水井、注聚井的注入剖面测井中应用中，从目前的应用情况来看，电磁流量计在测量高含水油水两相流时，由于其非导电物质(油水两相流中为油相)含量低，对测量结果影响较小，测量结果较为准确；当电磁流量计测量非高含水油水两相流时，由于其非导电物质含量高，对测量结果影响较大，测量结果误差较大。鉴于此，研制开发电磁相关流量测量传感器用于测量含非导电相的两相或多相流体的流量具有重要的意义，并能满足实际应用需求。

发明内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，提供一种电磁相关流量测量传感器，该传感器可提取更多的流体流动信息。

本实用新型的技术方案如下：一种电磁相关流量测量传感器，包括测量管道、一对励磁结构组件、一对带孔的励磁结构固定板、四对测量电极组件和两对电极紧固带。其中，励磁结构组件安装在测量管道外侧两边并平行放置，通过励磁结构固定板固定在测量管道上；带孔的励磁结构固定板分别安装在励磁结构组件的外侧，并将励磁结构组件固定在测量管道上，固定板板面相互平行且与测量管道轴向平行。

所述的励磁结构组件由励磁线圈、磁芯和励磁线圈固定架板构成，励磁线圈绕置于磁芯外侧，励磁线圈呈马鞍状贴于测量管道外侧并由固定架板将励磁线圈结构固定。传感器的励磁结构组件在测量管道的轴向长度比径向长度长，使得检测电极位于励磁结构组件产生的感应磁场中。

所述的测量电极组件包括检测电极和绝缘套，四对检测电极分别穿过测量管管壁、测量管道的衬里，并用电极紧固带固定在测量管道上，检测电极与测量管道之间由绝缘套密封隔离。其中两对检测电极安装在测量管同一径向截面，一对检测电极安置在与感应磁场方向成90度角测量管直径两端用于产生测量信号，另一对检测电极安置在与感应磁场方向成0度角测量管直径两端起校验作用；在测量管轴向相距一定距离L取另一个径向截面，按照与上面同样方式安置余下两对检测电极。

本实用新型提出的电磁相关流量测量传感器，其设计结构与传统电磁流量计传感器不同，将一对检测电极变为四对检测电极，其中两对检测电极用于测量信号，另外与感应磁场方向成0度角的两对检测电极起到校验作用，因为平行于感应磁场方向，理论上在这两对检测电极两端不会产生感应电动势，实际中可应用这点对传感器进行调试改进，从而起到校验作用；四对检测电极同处于一对励磁线圈产生的较均匀磁场中；电极检测信号是利用法拉第电磁感应定律获取的；流量测量是在检测信号互相关运算的基础上实现的。

本实用新型的电磁相关流量测量传感器，其测量原理是：在流体通过测量管道时，与感应磁场方向成90度角安装有两对结构相同的检测电极，分别称为上游电极和下游电极，上、下游电极相隔适当距离L。从上、下游两对电极上提取能反应被测流体流动状况的测量信号x(t)和y(t)。此两路测量信号是在同一励磁线圈产生的较均匀磁场同一测量管道相距L处获取的，该两路检测信号具有相关性，所以可对测量信号x(t)和y(t)作互相关运算，互相关函数R_xy(τ)如式(1)所示：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

对测量信号作互相关运算将能获取流体从上游电极到下游电极的渡越时间(Transit Time)τ₀，进而获得相关流速V：

V＝L/τ₀       (2)

相关流速结合管道截面面积以及时间等即可计算出被测流体的流量。

从相关法流量测量原理可知，当流体中含有水相以及其它非导电物质时，例如油水两相流或者油气水三相流时，两相与多相流流体中存在的非导体对测量信号造成的波动性在电磁相关流量传感器测量中并不存在明显的影响，因此电磁相关流量传感器可以测量含有非导电物质的两相流或多相流流量。电磁相关流量测量传感器是一种新型的流量测量仪器，在实际应用中不仅可以测量非导电物质含量较低的两相流或多相流流量，而且可以测量非导电物质含量较高的两相流或多相流流量。

由于采用上述技术方案，本实用新型提供的电磁相关流量测量传感器具有这样的有益效果，测量工艺简单、能连续测量，制造成本低、体积小、重量轻，流量测量范围宽、测量准确，可在线测量两相流或多相流流量。本实用新型与现有传统拥有一对测量信号电极的电磁流量计相比：增加了检测电极对组件和校验电极对组件，同时也增加了励磁结构组件在轴向上的长度，采用相关法计算流量值，与传统电磁流量计相比扩大了两相流或多相流流量测量流体中非导电物质含量比率的测量范围。

附图说明

图1为本实用新型电磁相关流量测量传感器结构示意图；

图2为本实用新型电磁相关流量测量传感器某电极径向剖面示意图；

图3为本实用新型电磁相关流量测量传感器磁芯中心轴向剖面示意图；

图4为本实用新型电磁相关流量测量传感器某电极对轴向剖面示意图；

图中：1.测量管道，2.励磁线圈，3.磁芯，4.励磁线圈固定架板，5.励磁结构固定板，6.电极紧固带，7.检测电极，8.绝缘套，9.衬里，10.励磁结构组件，11.测量电极组件，L为检测电极距离，D为测量管内径。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

一种电磁相关流量测量传感器，如图1—图4所示，传感器包括测量管道1、一对励磁结构组件10、一对带孔的励磁结构固定板5、四对测量电极组件11和两对电极紧固带6。其中，励磁结构组件10安装在测量管道1两边并平行放置，通过励磁结构固定板5固定在测量管道1上；带孔的励磁结构固定板5分别安装在励磁结构组件10的外侧，并将励磁结构组件10固定在测量管道1上。

所述的励磁结构组件10由励磁线圈2、磁芯3和励磁线圈固定架板4构成，励磁线圈2绕置于磁芯3外侧，励磁线圈2呈马鞍状贴于测量管道1外侧并由固定架板4将励磁线圈2结构固定。传感器的励磁结构组件10在测量管道的轴向长度比径向长度长，使得检测电极7位于励磁结构组件10产生的感应磁场中。

所述的测量电极组件11包括检测电极7和绝缘套8，4对检测电极7分别穿过测量管管壁、测量管道的衬里9，并用电极紧固带6固定在测量管道1上，检测电极7与测量管道1之间由绝缘套8密封隔离。其中两对检测电极7安装在测量管1同一径向截面，一对检测电极7安置在与感应磁场方向成90度角测量管1直径两端用于产生测量信号，另一对检测电极7安置在与感应磁场方向成0度角测量管1直径两端起校验作用；在测量管轴向相距一定距离L取另一个径向截面，按照与上面同样方式安置余下两对检测电极7。其中A1与C1构成一对获取测量信号电极，A2与C2构成一对获取测量信号电极，A3与C3构成一对检测电极起校验作用，A4与C4构成一对检测电极起校验作用，四对电极位于同一励磁线圈产生的较均匀的磁场中。励磁线圈通过可编程脉宽励磁方式，励磁脉宽的设置需符合相关法流量测量计算要求。实际使用中，可在电磁相关流量测量传感器测量管两端增设安装法兰，通过法兰与外接流体管道相连接，进而实现流体的在线测量。当含一定比率的非导电物质两相流(如油水两相流)或多相流流过测量传感器时，两对检测电极分别获取测量信号，根据相关法对流体流量进行测量。所设计的电磁相关流量测量传感器需要实流实验去标定，进而使得传感器测量值较准确。

Claims (3)

1.一种电磁相关流量测量传感器，其特征在于：它包括测量管道(1)、一对励磁结构组件(10)、一对带孔的励磁结构固定板(5)、四对测量电极组件(11)和两对电极紧固带(6)；其中，励磁结构组件(10)安装在测量管道(1)外侧两边并平行放置，通过励磁结构固定板(5)固定在测量管道(1)上；带孔的励磁结构固定板(5)分别安装在励磁结构组件(10)的外侧，并将励磁结构组件(10)固定在测量管道(1)上。

2.根据权利要求1所述的电磁相关流量测量传感器，其特征在于：所述的励磁结构组件(10)由励磁线圈(2)、磁芯(3)和励磁线圈固定架板(4)构成，励磁线圈(2)绕置于磁芯(3)外侧，励磁线圈(2)呈马鞍状贴于测量管道(1)外侧并由固定架板(4)将励磁线圈(2)结构固定；传感器的励磁结构组件(10)在测量管道(1)的轴向长度比径向长度长，使得检测电极(7)位于励磁结构组件(10)产生的感应磁场中。

3.根据权利要求1所述的电磁相关流量测量传感器，其特征在于：所述的测量电极组件(11)包括检测电极(7)和绝缘套(8)，两对检测电极(7)分别穿过测量管管壁、测量管道的衬里(9)，并用电极紧固带(6)固定在测量管道(1)上，检测电极(7)与测量管道(1)之间由绝缘套(8)密封隔离；其中两对检测电极(7)安装在测量管(1)同一径向截面，一对检测电极(7)安置在与感应磁场方向成90度角测量管直径两端用于产生测量信号，另一对检测电极(7)安置在与感应磁场方向成0度角测量管直径两端起校验作用；在测量管(1)轴向相距一定距离L取另一个径向截面，按照与上面同样方式安置余下两对检测电极(7)。