基于MSP43OF2132的溫差式原油流量傳感器設(shè)計(jì)
摘要:設(shè)計(jì)了基于熱力學(xué)吸熱定律的溫差式流量傳感器。通過標(biāo)定試驗(yàn)確定流量與溫差的關(guān)系后,現(xiàn)場只需測量加熱裝置前后的溫度,即可由單片機(jī)MSP430F2132計(jì)算得到流量。利用無線模塊,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離無線傳輸。在保證測量精度的同時(shí),降低了流量傳感器的成本。
關(guān)鍵詞:溫差式流量傳感器;標(biāo)定;MSP430F2132;無線傳輸
0 引言
隨著人們生活水平的提高,汽車使用越來越普遍,對能源的需求量越來越多。石油是重要的能源之一。油井生產(chǎn)石油的產(chǎn)量也成為油田領(lǐng)導(dǎo)人重點(diǎn)關(guān)注的問題。油井的產(chǎn)油量可用流量表示,獲取油井流量的過程稱為油井計(jì)量。對油井準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量,不僅對油田管理人員制定油井生產(chǎn)方案、提高油井生產(chǎn)效率有重要的指導(dǎo)意義,也可為市場管理人員調(diào)控成品油價(jià)格提供一定的參考。傳統(tǒng)玻璃管量液的產(chǎn)液量獲取方式,不僅人工勞動(dòng)強(qiáng)度大,且測量誤差大、實(shí)時(shí)性差、效率低,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足油井計(jì)量實(shí)時(shí)性、可靠性、準(zhǔn)確性的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,市場上出現(xiàn)了多種原油流量傳感器,如科里奧利式、超聲式、渦輪式、浮子式、渦街式、容積式、核式等。但由于原油的物性比較復(fù)雜,粘度、比重、含水率等參數(shù)各不相同,造成了如今流量測量傳感器的多樣性、專用性和價(jià)格差異的懸殊性。目前投放市場的產(chǎn)品大都存在這樣那樣的不足。如:科里奧利式質(zhì)量流量傳感器堪稱當(dāng)前流量測量精度最高的流量傳感器,但其價(jià)格昂貴,不宜推廣;超聲式傳感器安裝復(fù)雜、維護(hù)困難;渦街式流量傳感器適用環(huán)境有限、測量精度低等。所以,各種環(huán)境通用、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高的原油流量傳感器將會(huì)備受青睞。
1 設(shè)計(jì)原理
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于熱力學(xué)基本定律的溫差式流量傳感器。其原理依據(jù)是熱力學(xué)吸熱定律,即:
Q=c*m*(t2-t1)
Q為加熱裝置提供的熱量,c、m分別為被加熱物質(zhì)的比熱容和質(zhì)量,t1、t2分別為物質(zhì)加熱前后的溫度。對于特定的物質(zhì),c是固定值,若Q一定,則m越大, “t2-t1”越小。每口井在一段時(shí)間內(nèi)油水比例幾乎不變。對油水比例一定的原油的比熱容c可視作固定值。根據(jù)此定律
,設(shè)計(jì)恒功率加熱裝置,在一定的時(shí)間內(nèi)提供恒定的熱量Q。原油進(jìn)入加熱裝置后開始恒功率加熱,分別測量其加熱前的溫度t1和加熱后的溫度t2,即可計(jì)算加熱前后的溫度的變化“t2-t1”。由于裝置所供熱量Q也固定,則原油的流速越快,m就越大,測量裝置出口處相對于入口處的原油的溫差“t2-t1”就越小。反之,溫差越大。
據(jù)此,建立試驗(yàn)裝置,設(shè)計(jì)溫差式流量傳感器,利用高精度的容積式流量計(jì),進(jìn)行以下標(biāo)定試驗(yàn),得到溫差和流量的具體關(guān)系:固定原油某一流速,由溫差式流量傳感器在加熱裝置入口處測量初始溫度,由恒功率的加熱棒加熱后,在出口處測量加熱后的溫度,由容積式流量計(jì)測得該溫差下的流速;更換流速,重復(fù)以上試驗(yàn)操作。由此,可得到不同流速下對應(yīng)的出口與入口的溫差。從而,可用Matlab擬合出溫差一流量曲線。對于該油水比的油井,溫差式流量傳感器只需測量加熱裝置前后的溫度,即可根據(jù)擬合的公式計(jì)算得到產(chǎn)液量。分別通過試驗(yàn)擬合出不同油水比的溫差一流量關(guān)系,能夠計(jì)算各種油水比的油井的產(chǎn)液量。從而,對于各個(gè)油井,溫差式流量傳感器只需測量加熱裝置前后的溫度,即可根據(jù)擬合的溫差一流量關(guān)系式計(jì)算得到產(chǎn)液量。
現(xiàn)場安裝時(shí),原油由220V交流電為恒功率加熱棒供電產(chǎn)生的熱量加熱。為保證加熱裝置能夠提供恒功率的熱量,在加熱裝置前使用穩(wěn)壓器,使加熱棒兩端電壓恒定為220V。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 整體方案設(shè)計(jì)
溫差式流量傳感器整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
溫差式流量傳感器主要由單片機(jī)模塊、參數(shù)采集模塊、存儲(chǔ)器模塊、時(shí)鐘模塊、加熱控制模塊、無線模塊和電源模塊組成。
評(píng)論