Ontwerp van 'n Ru-olie ultrasoniese vloeimeter sensor

inleiding

Op die oomblik is een van die moeilike probleme waarmee die ontginning van ru-olie in olievelde te kampe het, die aanlyn meting van die ontginde ru-olie. Die hoofrede is dat die samestelling van ru-olie baie kompleks is. Die ru-olie bevat olie, water, gas en ander onsuiwerhede. Dit is 'n multi-fase en komplekse vloeistof, en enkelput ru-olie vloei met tussenposes, so algemene ultrasoniese vloeimeters kan nie aan die vereistes voldoen nie. Hierdie vraestel ontwerp 'n metingstelsel gebaseer op ultrasoniese golfkorrelasie-vloeiberekening, wat die probleem van ru-olie nie-kontak aanlyn meting oplos.

Beginsel van ultrasoniese vloeimeter

Die korrelasiemetode gebruik verwante tegnieke om vloeistofvloei te meet. Die metingsakkuraatheid van ultrasoniese vloeimeter-omskakelaar het niks te doen met die spoed van klank in die vloeistof nie, en die metingsakkuraatheid is hoog. Dit is geskik vir die meting van multi-fase vloei en groot interferensie vloeistof. Wanneer die vloeistof in die pyplyn vloei, as dit ander onsuiwerhede bevat, sal daar 'n verskeidenheid ewekansige versteurings binne wees, wat vloeiseine sal genereer wat verband hou met die vloeitoestande en sekere statistiese eienskappe sal hê. Die struktuur van die korrelasiemetode-vloeimeter word getoon twee stelle ultrasoniese uitstuur- en ontvangomskakelaars, en L is die afstand tussen die stroomop-omskakelaar en die stroomaf-omskakelaar. Wanneer die ultrasoniese sein deur die pyplyn gaan, sal die ultrasoniese sein deur die geraas in die vloeistof gemoduleer word. Die gemoduleerde ultrasoniese sein bevat die inligting van die vloeistofsnelheidsveld. Die ultrasoniese sein word ontleed om die vloeisein A(t) en B(t) te onttrek en korrelasiebewerkings op A(t) en B(t) uit te voer.

2 Enkelput ru-olie ultrasoniese verwante vloeimetingstelselstruktuur

Die enkelput-vloeimetingstelsel bestaan ​​hoofsaaklik uit drie dele: gas-vloeistof skeiding voorbehandeling, ultrasoniese opsporing en seinverwerking. Die drie dele word hieronder afsonderlik ontleed.

2.1 Gas-vloeistof skeiding voorbehandeling deel

Die struktuur van die voorverwerkingsdeel word getoon. Die funksie van die voorbehandelingsdeel is om vloeistof-gas-skeiding uit te voer (die ru-olie wat deur die pompeenheid gepomp word bevat gas en ander onsuiwerhede bykomend tot die oliemengsel. Die gas sal groter foute by die oliemeting bring, dus moet die olie Gas-vloeistof-skeiding tydens meting uitgevoer word); die tweede is om die probleem van volpypmeting tydens intermitterende vloei op te los (die ruolie wat elke keer uitgepomp word wanneer die pompeenheid werk is nie gelyk nie, en dit vloei met tussenposes, sodat die olie in die pyplyn dalk nie vol is nie, of Bring groot meetfout). Om hierdie redes moet voorafbehandeling voor die oliemeting uitgevoer word. Na voorbehandeling gaan die gas-vloeistofskeiding en die oliegevulde pyp deur die meetoliepyp om die meetfout te verminder. Die werkbeginsel is: die ru-olie gaan die olie-opgaartenk binne vanaf die olie-inlaat deur die sedimentasietenk, en die olie en gas word in die olie-opgaartenk geskei. Die geskeide gas word uit die klep (uitlaatklep) op die olieopgaartenk deur die gaspypleiding afgevoer. Wanneer die olie 'n sekere hoogte bereik, dryf die drywende bal op om die onderste klep (olie-uitlaatklep) oop te maak, en terselfdertyd blokkeer die boonste klep die gaspoort om druk op te bou. Die olie in die olie-opgaartenk vloei na die olie-uitlaat deur die meetpypleiding onder die werking van druk. Wanneer die olie-opgaartenk tot 'n sekere vlak daal, sink die drywende bal om die onderste klep te blokkeer en maak die boonste klep oop, sodat die herhaalde werk die gas-vloeistof-skeiding voltooi.

...

2.2 Ultrasoniese toetsdeel

Die opsporingsdeel bestaan ​​hoofsaaklik uit twee pare ultrasoniese sensors. Die opsporing van ultrasoniese sensors word gedoen deur die oordrag en ontvangs van energie van ultrasoniese golwe. Die kern van transducer (omskakeling van ultrasoniese energie in elektriese energie of omskakeling van elektriese energie in ultrasoniese energie. Omkeerbare transducer beteken dat die twee vorme van Die energie van die transducer in mekaar omgeskakel word). Algemene ultrasoniese omskakelaars sluit piëso-elektriese kristalvibrators, magnetostriktiewe vibrators ensovoorts in. Ultrasoniese golwe wat vir verwante vloeimeting gebruik word, het oor die algemeen twee vorme: sinusgolf en polsgolf. Die verwante vloeimeters van gepulseerde ultrasoniese en sinusgolf integreer die snelheidsinligting van die deursnit van die vloeiveld om die vloeisnelheid te verkry. Hierdie ontwerp gebruik 'n piëzo-elektriese kristal ultrasoniese sensor met 'n middelfrekwensie van 200 kHz. Om die invloed van staande golwe te oorkom, gebruik ultrasoniese 'n fasegeslote luspulsseingenerator.

...

2.3 Seinverwerkingsdeel

Die seinverwerkingsdeel bestaan ​​hoofsaaklik uit ultrasoniese ontvangs-omskakelaar. Die seinkondisioneringskring bestaan ​​uit 'n ontvang-omskakelaar, 'n drie-stadium-versterkerkring, 'n filterkring en 'n omhulsel-detectiekring. Die voorversterker is saamgestel uit MAX410 instrument versterker module, die sekondêre versterker en finale versterker is saamgestel uit INA128 presisie lae krag instrument versterker; die filterkring is 'n banddeurlaatfilter saamgestel uit MAX275 analoog geïntegreerde filter, die middelfrekwensie is 200 kHz, 'n laagdeurlaatfilter word deur TL14 gevorm, en die sein na opsporing word hoofsaaklik uitgehaal. Die omhulseldetectiekring bestaan ​​uit 'n diode en 'n kapasitor om 'n piekdetektor te vorm.

Die ander deel is 'n dataverkryging- en verwerkingkring wat uit modules saamgestel is. Hierdie kring van ultrasoniese watervloeisensor kies die TMS320F2812DSP-skyfie van TI Company. In die huidige prosesbeheerveld is dit die mees gevorderde DSP-mikroverwerker. In vergelyking met tradisionele enkelskyfie-mikrorekenaars, het dit uitstekende werkverrigting soos sterk funksies, ryk hulpbronne en lae kragverbruik. Dit het perfekte werkverrigting en die beste geïntegreerde perifere koppelvlak. Dit integreer flitsgeheue, hoëspoed A/D-omskakelaar, hoëprestasie CAN-module, ens.

Tydens meting gee die stroomop- en stroomaf-sender-omskakelaars hoëfrekwensie-ultrasoniese golwe uit. Wanneer die ultrasoniese golwe in die vloeistof voortplant, sal die vloeisein die ultrasoniese golwe in amplitude, fase en frekwensie moduleer. Die hoëfrekwensie gemoduleerde sein wat deur die omskakelaar ontvang word, word ontvang en gefiltreer. Na demodulasie en versterking word die vloeisein verkry en na die A/D-omsetter gestuur vir data-insameling, en die versamelde inligting word na die verwante verwerking gestuur om die vloeitempo van die vloeistof te verkry.

3 Stelselprogrammering

Die sagtewarestelsel sluit inisialisering, berekeningsmodule, vloeivertoning, onderbrekingsverwerkingsmodule en ander dele in. Die hoofprogramvloeidiagram word getoon. Nadat die hoofprogram geïnisialiseer is, gaan dit 'n lusprogram binne om die gemonsterde data te verwerk, en reageer te eniger tyd op eksterne A/D-onderbrekingsversoeke, seriële kommunikasie-onderbrekingsversoeke en timeronderbrekingsversoeke. Bepaal of die vloeitempo vertoontydsberekening bereik word. Die hoofprogram reageer op bogenoemde onderbrekingsversoeke en roep elke ooreenstemmende verwerkingsprogram om data-insameling en -verwerking te voltooi.

Inisialisering is aan die een kant om die werksomgewing van die ADV op te stel, en andersyds om voor te berei vir die daaropvolgende seinverwerking. Die stelselinisialisasieprogram sluit die interne inisialisering in wat die werking van die DSP-skyfie SVE en die perifere inisialisering beïnvloed wat die werk van elke randapparaat beïnvloed, sowel as die inisialisering van perifere programmeerbare toestelle (soos A/D, D/A, ens.), spesifiek insluitend die volgende funksies: stel die klokgenerator, stel die timer, maak die statusregisters oop, ens.

Die onderbrekingsverwerkingsmodule sluit drie onderbrekings in: die timeronderbrekingsverwerkingsmodule word gebruik om die A/D-omsetter te begin en die steekproeffrekwensie te beheer, die reekskommunikasie-onderbrekingsverwerkingsmodule word gebruik om met die boonste rekenaar te kommunikeer, en die A/D-onderbrekingsverwerkingsmodule word gebruik om te lees. Die A/D-omsetter neem die data monsters, en die vloeidiagram daarvan word getoon.

 Die vertoonmodule verfris die meter gereeld om die oombliklike vloeiwaarde en die kumulatiewe vloeiwaarde te vertoon. Die stelselverwerkingsproses is om die tydsberekeningsperiode in te stel, die tydhouer genereer 'n onderbreking, hierdie onderbreking begin die A/D-omskakelaar, na die omskakeling, versoek die A/D-omskakelaar die ADV om die data-onderbreking te lees, en die DSPD-omskakelaar-versoek, die A/D-onderbrekingsproses reageer op die A/D-onderbrekingsproses module, lees die monsterdata en stuur dit na die databuffer. Aangesien die vloeistof intermitterend vloei, nadat die DSP die N-puntdata van die stroomop- en stroomafseine ontvang het, voer dit fourier-analise op die data uit om te bepaal of die vloeistof vloei. As dit vloei, word die berekeningsprogram opgeroep om verwante bewerkings op die monsterdata uit te voer en die verwante funksies te vind. Bepaal die deurvoertyd T, en verkry die oombliklike vloeiwaarde en kumulatiewe vloeiwaarde volgens die instrumentparameters en temperatuurkompensasie, en stoor die resultaat in die databergingseenheid vir vertoon deur die vertooninstrument.

In die korrelasievloeimeting, een van die sleutelkwessies van koper ultrasoniese vloeimeter sensor is die berekening metode van die korrelasie funksie, wat vereis hoë-spoed en akkurate voltooiing van die verkryging van 'n groot aantal ewekansige modulasie seine, korrelasie integrasie berekeninge en die piek soektog van die korrelasie funksie. Die korrelasiefunksiealgoritme het hoofsaaklik twee soorte polariteitsherhalingsmetode en nulkruisingsmetode. Om die operasiespoed te verbeter, neem hierdie stelsel korrelasiewerking in die frekwensiedomein aan. Nadat die insetdata deur FFT getransformeer is, kan die korrelasiebewerking in die frekwensiedomein verkry word. Dan kan die korrelasieresultaat in die tyddomein verkry word deur IFFT, wat vir pieksoektog gebruik kan word.

4 Gevolgtrekking

Op grond van die ontleding van die werksomstandighede van 'n enkele put in die olieveld en die beginsel van verwante vloeimeting, is 'n toestel ontwerp wat geskik is vir enkelput ru-olie meting. Die veldtoets het goeie resultate behaal met 'n fout van minder as 2%. Daar is egter steeds die volgende probleme: Eerstens fluktueer die sein baie, wat hoofsaaklik die ru-olie bevat gas en onreinheid. Daarom is die seinverskil groot, en die opsporingkring moet die AGC-kring verhoog. Die tweede het die moeilikheid om die regstellingskoëffisiënt in te stel. Verskillende putte het verskillende waterinhoud en olieviskositeit. Terselfdertyd verskil die vloeibaarheid van die olie baie by verskillende temperature, dus moet dit verskeie kere onder verskillende omgewings aangepas word. Die regstellingsfaktor bring ongerief om te gebruik. Derdens is die fout relatief groot wanneer die vloeitempo laag is. Dit is die gebiede wat in toekomstige navorsing verbeter moet word.