原油含水率检测电路设计

. . . .

分类号：TP212 单位代码：107

密级：一般学号：************* 本科毕业论文（设计）

题目：原油含水率检测电路设计

专业：电子信息工程

姓名

指导教师：

职称：

答辩日期：

原油含水率检测电路设计

摘要：含水率是原油检测中一重要技术指标，在我国，原油的开采、生产、运输等环节的含水率测量水平还很低。本文主要介绍了一种基于电容式传感器，利用电荷转移法测量原油含水率的工作电路，本设计中含水率测量围可达到0～100%，误差＜1％，线性度好，灵敏度高，稳定性好，漂移小。性能可靠的软件设计既保证系统尽量全的智能化测量功能，又保证宽测量围的线性化，以及系统的快速响应特性。

关键词：原油含水率；敏感探头；电容传感器；8051

The Detect Circuit Design of Moisture content in crude oil Abstract: Moisture content is an important technical indicators in Oil detection. In China, Crude oil extraction, production, transportation and other aspects of measuring moisture content is still very low. In this paper, Mainly Introduced a working circuit for Moisture content measurement of crude oil. In this paper, Moisture content measuring range up to 0 ~ 100%, p <1%, Good linearity, high sensitivity, good stability, and drift small. The design of reliable software systems as much as possible not only to ensure full functionality of the intelligent measurement and to ensure wide range of linear measurement, as well as the system's rapid response characteristics.

Key words: water content in crude oil;Sensitive probe;Capacitance

sensor;8051

石油化工行业中，原油含水率是原油生产和加工过程中的主要计量参数之一，含水率数据的测量是否准确和及时，对原油生产和管理具有极其重要的意义。

目前，检测原油含水率的方法很多，有传统的定时取样蒸馏化验的人工方法、射线法、短波法、微波法、电容法等。在原油含水率检测中，电容式传感器以其结构简单、响应快、灵敏度高等优点被广泛使用。运用电荷转移法可实现电容—电压的转换,再利用电压—频率转换电路,同时应用单片机进行数值转换,最终得到原油的含水率。1．测量元件的基本原理

1.1电容传感器的探头基本原理

电容传感器的敏感探头是一变介电常数式电容传感器。该探头对被测含水原油的介电常数敏感，而含水原油的介电常数随原油含水率变化而变化，敏感探头置于被测含水原油中，如果忽略原油中所含杂质的影响，可近似看作纯油和纯水的混合物。纯

油属非极性电解质，介电常数在2.3左右。而纯水是极性电解质，其介电常数为80左

右。显然，原油中含水率的变化将显著影响原油介电常数的变化。将敏感探头（电容传感器）置于含水原油中，原油含水率的变化即转化成敏感探头电容量的变化，电容传感器送出一个和含水率相对应的电信号，由此可以测出原油的含水率。 1.2电容式传感器探头的测量机制

传统观点认为，用电容式传感器作含水率一次敏感元件，在低含水率段有良好工作特性。当含水率在30%～50%围时，由于大量导电离子水构成两电容极板间的导体，从而失去对含水率的分辨能力。本仪器采用同心套筒电容结构，且在其电极涂敷钛氟纶绝缘层，消除含水导电效应，使仪器在0～100%含水率测量围均有良好的工作特性。输油管线中的流体，虽经搅拌混合，但流经电容式传感探头时仍为非均匀流体，为使其具有很好的自均流作用，探头与流体方向相对插入，并在外电极板上开均匀分布排列的圆孔。

图1是电容探头示意图。电容中心电极半径为r ，电极涂氟的绝缘层厚度为δ，绝缘材料介电常数为1ε，传感器外电极表面半径为R ，电极长度为h ，2ε为混合液介电常数，根据同轴柱状电容器容量计算公式，可得绝缘层和混合液对应的电容C 1、C 2分别为：

112ln()

h

C r r

πεδ=

+ （1） 222ln()h

C R r πεδ

=

+ （2） 电容式传感器的C 可视为C 1、C 2的串联，因此:

12121212

2ln()ln()

C C h

C R r C C r r

πεεδεεδ=

=

++++ （3）

图1 电容探头示意图

因ε2与原油含水率有关，因此由式（3）可知，根据测得的电容C可换算出含水率]1[]12[。

1.3温度传感器的工作原理

温度传感器选取AD590温度传感器，AD590温度传感器是一种IC化的温度感测器，它会将温度转化为电流，其规格如下：

1.温度每增加1℃，它会增加1μA的输出电流。

2.可测量围-55℃至150℃。

3.供电电压围+4V至+30V。

AD590的管脚图及元件符号如图2所示。

图2 AD590的管脚图及元件符号

AD590温度传感器的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA的

I=（273+25）=298μA。

输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流

out

AD590基本应用电路如图3所示。