论文摘要
油水两相流在石油工业中广泛存在,其中含水率是一个重要检测参数。该参数的测量对于石油的开采、脱水和集输、确定原油的品质和明确原油交易时双方的利益等具有重要的意义。由于油水两相流流动体系极为复杂,致使原油含水率测量难度较大,原油含水率的实时准确测量成为油田亟待解决的问题。首先对原油含水率测量方法及国内外相关产品的研究动态进行介绍,分析了各种测量方法的基本原理、应用范围及优缺点。传统方法对含水率的测量都是建立在一定工作条件下,忽略一些客观存在的影响,而对电导率或介电常数进行单一测量。本文依据电磁波在不同含水率的油水混合介质中传播时,会使幅度衰减常数和相移常数有很大不同,结合我国原油高含水率的特点,确定采用同时测量油水混合介质的介电常数和电导率来得到含水率,它能够克服电导率对测量结果的影响。完成了系统的设计、制作及软硬件的实验调试工作。硬件上使用了MSP430低功耗型单片机,设计了超短波的发生器、放大电路以及相位差和幅度衰减的检测电路,还有温度传感器和无线通信电路。应用单片机内置的A/D采集幅度比和相位差两路输出电压信号,经过温度补偿数据处理,并根据油、水的介电常数、电导率与相位差、幅度比的关系求出原油含水率,测量结果在液晶上显示,同时可由无线接口进行远传。软件上,介绍了ADC12数据采集、数据处理、测温、液晶显示和无线通信模块的流程图及程序设计。整个系统在设计上体现了集成化、低功耗、便携式等特点,并且该智能仪表还具有无线数据通信功能。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题研究意义1.2 油水两相流简述1.2.1 两相流的定义1.2.2 两相流主要检测参数1.3 含水率测量仪表的现状及发展趋势1.3.1 国内外研究状况1.3.2 未来发展趋势1.4 目前存在的问题1.4.1 影响测量的主要原因1.4.2 测量仪表存在的问题1.5 课题所要达到的目标1.6 课题的主要工作第二章 油水两相流含水率测量方法2.1 化学法2.1.1 蒸馏法2.1.2 卡尔.费休法2.2 密度法2.3 电测法2.3.1 电导法2.3.2 电容法2.4 射线法2.4.1 短波法2.4.2 微波法2.4.3 γ射线法2.5 电磁波法2.5.1 波导法2.5.2 同轴相位法2.6 最佳方案论证2.7 本章小结第三章 油水介电测量理论3.1 油水及其混合介质的电学特性3.1.1 介质极化3.1.2 温度对油和水的介电常数的影响3.2 传输线及波导分类3.2.1 传输线的基本理论3.2.2 导行波的波型3.3 介电测量理论3.3.1 电磁波的传播方程3.3.2 介电测量方程3.3.3 奈培和分贝3.4 含水率测量方程的建立3.5 传感器的设计与建模3.5.1 传感器设计3.5.2 传感器的建模3.6 本章小结第四章 硬件系统设计4.1 硬件系统的整体框图4.2 系统频率的确定4.3 超短波信号源4.3.1 集成振荡器4.3.2 外围器件的选择4.4 VCO放大器4.4.1 AD8353简介4.4.2 信号放大电路4.5 幅度相位检测电路4.5.1 芯片选择4.5.2 功能特性及其测量原理4.5.3 测量电路4.6 温度传感器4.6.1 DS18B20芯片4.6.2 DS18B20与单片机接口4.7 MSP430F149单片机4.7.1 单片机介绍4.7.2 JTAG技术4.7.3 A/D转换模块4.8 液晶显示模块4.8.1 技术参数和性能4.8.2 显示器接口电路4.9 无线通信的设计4.9.1 无线收发芯片的选择4.9.2 nRf2401芯片接口电路图4.10 电源4.11 本章小结第五章 含水率测量的软件设计5.1 主程序设计5.2 A/D采集子程序5.2.1 序列采集子程序流程图5.2.2 A/D编程要点5.3 数据处理子程序5.4 测温子程序5.4.1 测温子程序流程图5.4.2 单总线协议5.5 显示子程序5.6 无线传输模块子程序5.6.1 无线传输子程序流程图5.6.2 工作模式5.7 本章小结第六章 系统调试及实验6.1 系统软硬件调试6.1.1 调试环境6.1.2 硬件调试6.1.3 软件调试6.2 实验装置和方法步骤6.2.1 实验装置6.2.2 实验原理6.2.3 实验方法和步骤6.3 传感器的选择6.4 矿化度实验6.5 工作稳定性6.6 含水率实验6.7 误差来源6.8 本章小结第七章 结论参考文献附录 电路原理图在学研究成果致谢
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