原油含水率智能检测的研究

论文摘要

原油含水率的准确测量对原油的安全开采、储运以及后期的加工等环节起着至关重要的作用。由于长期的开采,我国大部分油井已经进入中高含水率时期,因此根据我国原油自身的特点研究出新的原油含水率检测方法,研制出高精度新型传感器,开发出更精确、稳定以及测量范围广的仪表,具有重要的意义。微波是一种频率很高的电磁波,由于水的介电常数比纯油的介电常数大很多,所以经过油水混合物后微波能量的衰减主要是由水分引起。通过测量微波信号能量的衰减量来测得原油的含水率,这就是微波透射衰减法测量原油含水率的原理。该方法具有测量精度高、抗干扰能力强、可靠性好等优点并且满足在线连续测量的要求。因此本文选择用微波法实现原油含水率的智能检测。本论文主要的设计内容包括微波测试系统、信号处理系统、单片机系统。微波测试系统改进了传统单通道测量的方法,采用测量通道和参考通道双通道的测量方式,实现自动定标的目的。由于微波频率很高,直接分析微波能量的衰减量来测得原油的含水率将很难实现,而用1KHz方波信号将其调制,分析解调出的低频方波信号幅值的变化来测得原油的含水率将很容易实现,因此设计了一套调制解调微波测量信号处理系统,包括选频放大器、整流滤波电路、A/D转换,实现微波测量信号的检测。单片机系统中采用STC89C52单片机,通过对A/D的控制完成数据的采集和处理；并通过对温度传感器的控制实现温度补偿；可通过控制系统中参考通道的数控衰减器实现自动定标零点,即实现自动定标调节的目的;最后通过液晶显示出原油的含水率。本实验装置可对10%-60%的中高含水率模拟原油油品进行测量,测量误差小于2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 原油含水率检测的意义
• 1.2 原油含水率检测方法的现状
• 1.2.1 密度法
• 1.2.2 电容法
• 1.2.3 短波吸收法
• 1.2.4 微波法
• 1.3 国内外研究状况
• 1.4 目前检测仪表存在的问题
• 1.5 检测仪表的未来发展趋势
• 1.6 测量方案的确定
• 1.7 课题研究内容及创新点
• 第二章 微波测量频率的确定
• 2.1 介电常数与介质极化
• 2.2 介电常数和频率的关系
• 2.3 水的介电常数
• 2.3.1 不同频率下水的介电常数
• 2.3.2 温度对水的介电常数的影响
• 2.4 最佳频率选择
• 第三章 微波测试单元的设计
• 3.1 微波信号源
• 3.2 环形器和转换开关
• 3.2.1 转换开关
• 3.2.2 环形器
• 3.3 微波传感器
• 3.4 衰减器
• 3.5 功率放大器
• 3.6 检波器
• 3.7 本章小结
• 第四章 信号解调电路设计
• 4.1 选频放大器的设计
• 4.1.1 双二阶环型带通滤波器的设计
• 4.1.2 选频放大器输出信号的分析
• 4.2 高精密整流电路的设计
• 4.3 低通滤波器的设计
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 智能信号处理系统设计
• 5.1 数据采集的设计
• 5.1.1 AD7705的接口电路
• 5.1.2 AD7705的软件设计
• 5.2 液晶显示的设计
• 5.2.1 SMC1602的接口
• 5.2.2 SMC1602软件设计
• 5.3 温度补偿的设计
• 5.3.1 DS18B20特点
• 5.3.2 DS18820与单片机的接口
• 5.3.3 DS18B20的软件设计
• 5.4 定标调节的设计
• 5.4.1 数控衰减器的选择及介绍
• 5.4.2 单片机对数控衰减器控制的设计
• 5.5 电源的设计
• 5.5.1 -12V电源的设计
• 5.5.2 +5V电源的设计
• 5.5.3 -5V电源的设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 静态实验数据与分析
• 6.1 实验原理和方法
• 6.1.1 实验原理
• 6.1.2 实验设备
• 6.2 实验方法
• 6.3 最小二乘法实现含水率和数字量的线性拟合
• 6.3.1 最小二乘法的介绍
• 6.3.2 最小二乘法拟合测得数据
• 6.4 误差计算与分析
• 6.4.1 误差的计算
• 6.4.2 误差分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 信号解调电路
• 附录B 智能信号处理系统
• 附录C 电源电路
• 附录D AD7705流程图
• 附录E DS18B20流程图
• 附录F 数控衰减器控制电路
• 在学研究成果
• 致谢