KR0181736B1

KR0181736B1 - 석유흐름내 체적당 함수율 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR0181736B1
Application number: KR1019910005522A
Authority: KR
Inventors: 앨버트 헬름즈 데이빗; 그레고리 더레트 마이클; 존 햇튼 그레고리
Original assignee: 에프 에이취 토우즐리쥬니어; 텍사코 디베롭프멘트 코오포레이션
Priority date: 1991-04-06
Filing date: 1991-04-06
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR920020206A

Abstract

본 발명은 석유흐름내 체적당 함수율을 측정하는 것에 관한 것이다.

소오스는 2개의 주파수로 마이크로파 에너지를 전달하고 안테나는 선택된 공급 에너지를 흐름으로 전달하며 또한 반사나 전달에 의해 시험에너지를 수신한다. 검출기는 시험에너지 세기신호를 제공하며, 위상차 수단은 공급 에너지와 시험에너지간의 위상차를 나타내는 신호를 제공하고, 감지기는 흐름의 온도를 나타내는 신호를 제공한다. 지시기는 세기신호, 위상차신호 및 온도신호에 따라 함수율을 결정한다. 측정을 위해 2개의 주파수를 사용하므로 2개의 위상차 신호가 제공되어, 위상차가 정확한 위상 편이량과 360°의 정수배의 합일 수 있는 곳에서의 파이프선의 큰 직경이나 높은 유전성흐름으로 인한 비정확성을 해결할 수 있게 된다.

Description

석유흐름내 체적당 함수율 측정장치 및 방법

도면은 본 발명에 따르는 마이크로파 함수율 모니터의 간단한 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 마이크로파 소오스 4,24 : 스위치 수단

9 : 전압 제어식 위상 변위기 12,20 : 안테나

32 : 검출기 34 : 혼합기

44 : 귀환 회로 50 : 컴퓨터 수단

54 : 판독 수단

본 발명은 함수율, 즉 석유흐름내 체적당 함수율을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제공된 석유흐름내 체적당 함수율을 측정하는 장치는,

제1 및 제2주파수로 마이크로파 에너지를 공급하는 소오스와,

선택된 상기 공급 마이크로파 에너지를 흐름으로 전달하고, 흐름에서 반사되거나 흐름을 통해 전달된 시험 마이크로파 에너지를 수신하는 안테나 수단과,

시험 마이크로파 에너지에 응답하여 시험 마이크로파 에너지의 세기를 나타내는 세기 신호를 제공하는 검출기와,

선택된 마이크로파 에너지의 시험 마이크로파 에너지에 응답하여 이들 사이의 위상차를 나타내는 위상차 신호를 제공하는 위상차 수단과,

석유흐름의 온도를 나타내는 온도신호를 제공하는 온도 감지기와,

상기 세기신호, 상기 위상차 신호 및 상기 온도신호에 따라 함수율 지시를 제공하도록 동작하는 지시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

안테나는 선택된 상기 공급 마이크로파 에너지를 흐름으로 전달하고, 흐름에서 반사된 마이크로파 에너지를 수신하도록 되어있는 안테나를 포함할 수있으며, 상기 소오스와 상기 안테나에는 소오스에서 안테나로의 에너지 흐름과 안테나에서 검출기로의 에너지 흐름을 인도하기 위한 순환기가 제공될 수도 있다.

또 다른 실시예의 경우, 안테나 수단은 흐름을 통해 전파된 마이크로파 에너지를 수신하여 검출기에 전달하도록 되어 있는 안테나를 포함한다.

첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시된 함수율 모니터는 2개의 마이크로파 주파수로 마이크로파 에너지를 공급하는 마이크로파 소오스(3)를 포함한다. 이들 주파수 사이에 실질적인 차가 있어야 한다는 것이 사실상의 기준임에도 불구하고, 여기서는 10.119GHz와 10.369GHz를 바람직한 주파수로 사용한다. 소오스(3)는 저 전력형 소오스로서, 마이크로파 건 소오스(gun source)로 사용될 수도 있다.

소오스(3)는 마이크로파 도선(5,6)을 통해 스위치수단(4)에 마이크로파 에너지를 제공한다. 스위치수단(4)은 신호(E₁)에 의해 제어되어 도선(5 또는 6)으로 부터의 마이크로파 에너지를 통과시켜 방향성 결합기(7)에 제공한다. 방향성 결합기(7)는 선택된 마이크로파 에너지를 순환기(8)와 통상적인 전압제어식 위상 변위기(phase shifter)(9)에 공급한다. 마이크로파 에너지의 모든 전도(또는 운반)는 통상적인 도파관을 사용함으로써 이루어 진다.

순환기(8)는 마이크로파 에너지를 안테나(12)에 공급한다. 안테나(12)는 전도성 세라믹이나 테프론으로 만들어질 수도 있는 창(14)을 통해 파이프(17)를 통과하는 적어도 기름과 물을 포함하는 석유 흐름에 마이크로파 에너지를 공급한다. 파이프(17)는 창(14)을 지니는 파이프선의 일부분일 수도 있고, 창 재료로 만들어질 수도 있다. 안테나(12)에 의해 공급된 마이크로파 에너지는 석유흐름과 또 다른 창을 통과하여 안테나(20)에 수신된다. 안테나(20)는 수신된 마이크로파 에너지를 스위치 수단(24)에 공급하며, 그 스위치 수단(24)는 이후 설명되는 바와 같이 수신된 신호를 시험 마이크로파 에너지로서 방향성 결합기(28)에 공급한다. 방향성 결합기(28)는 시험 마이크로파 에너지를 검출기(32)와 혼합기(34)에 공급한다. 검출기(32)는 안테나(20)에 의해 수신된 마이크로파 에너지의 세기에 대응하는 신호(E₂)를 제공한다.

석유흐름은 또한 마이크로파 에너지의 일부를 안테나(12)로 다시 반사하며, 이 마이크로파 에너지는 안테나(12)를 통해 다시 순환기(8)를 통과한다.

순환기(8)는 반사된 마이크로파 에너지가 소오스(3)에 다시 공급되는 것을 막으며, 반사된 마이크로파 에너지를 스위치 수단(24)에 공급한다. 반사된 마이크로파 에너지는 안테나(12,20)사이의 거리가 길어질수록 더욱 중요하게 된다. 이것은 특히 석유 흐름을 운반하는 파이프가 클 때 더욱 중요하게 된다.

스위치 수단(24)에 연결된 스위치(36)에는 양의 직류 전압(+V)(positive direct current voltage)이 공급된다. 따라서, 스위치 수단(24)은, 스위치(36)가 개방되면 시험 마이크로파 에너지로서 안테나(20)로 부터의 마이크로파 에너지를 공급하며, 스위치(36)가 폐쇄되면 시험 마이크로파 에너지로서 순환기(8)로 부터 반사된 마이크로파 에너지를 공급한다.

전압제어식 위상 변위기(9)로 부터의 마이크로파 에너지(이후 기준 마이크로파 에너지로 지칭됨)와 방향성 결합기(28)로 부터의 시험 마이크로파 에너지는, 이들 두 신호를 혼합하여 각각 기준 마이크로파 에너지와 시험 마이크로파 에너지의 위상을 나타내는 두 개의 전기 신호(E₃,E₄)를 제공하는, 혼합기(34)에 공급된다.

차동 증폭기(40)는 신호(E3,E4)간의 차에 따라 출력신호(EO)를 제공한다. 신호(EO)는 기준 마이크로파 에너지와 시험 마이크로파 에너지 사이의 위상차의 함수로서, 귀환회로(44)에 제공된다. 귀환 회로(44)는 신호(C)를 기준 마이크로파 에너지의 위상을 제어하는 전압 제어식 위상 변위기(9)와 소형 컴퓨터 수단(50)에 제공한다. 신호(EO), 즉 신호(C)의 진폭은 기준 마이크로파 에너지와 시험 마이크로파 에너지 사이에 거의 90°의 위상차가 있을때까지 감소한다.

전압제어식 위상 변위기(9)는 위상차를 제거하는데 필요한 위상 변위양을 나타낸다.

검출기(32)로 부터의 신호(E₂)도 또한 컴퓨터 수단(50)에 제공되는데, 이 컴퓨터 수단(50)안에는 생산흐름 중 접할 수 있는 다양한 함수율에 대한 진폭, 위상 및 온도에 관련된 데이터를 지니는 기억수단이 내장되어 있다.특정 상황에서는 유체 흐름 측정용 위상차가 360°를 초과할 수 있음이 발견되었다. 이러한 상황에는 흐름의 유전율이 큰 경우, 예를들어 석유의 함수율이 클때와 유체로 물을 사용한 경우 및 안테나간의 거리가 제1도의 큰 파이프(17)를 사용하는 경우와 같이 큰 경우를 포함한다.

그러한 경우, 실제 위상변위는 측정된 위상 변위와 360°의 정수배의 합일 수 있다. 본 발명은 주 주파수(f₁)와 2차 주파수(f₂)의 거의 다른 두 주파수에서 석유를 모니터하고 두 주파수에서 측정된 위상 변위차(위상1-위상2)를 사용하여 실제 위상 변위를 계산할 때 사용할 정확한 정수배를 결정함으로써 이 부정확함을 해소한다. 정확한 정수는 관련된 주파수에 대한 인식을 토대로 만든 표에서 선택된다. 결정될 수 있는 정수의 가능한 최대 크기는 주파수(f₁,f₂)분리에 의해 제한된다. 본 발명의 경우, 정수의 크기는 40까지 결정될 수 있다. 정수의 최대크기의 증가는 주파수분리를 감소시킴으로써 이루어 지며, 단지 위상 변위량을 분해함으로써 제한된다.

파이프(17)내 석유흐름의 온도를 감지하는 온도 감지기(52)는 감지된 온도를 나타내는 신호(T)를 컴퓨터 수단(50)에 제공한다.

위상 변위기(9)는 컴퓨터 수단(50)이 신호(T,C,R₂)를 사용하도록 허용하는 인에이블 신호를 컴퓨터 수단(50)에 제공한다. 컴퓨터 수단(50)은 또한 신호(E₁)를 스위치수단(4)에 제공함으로써 신호(E₂)를 특정 주파수에 상호관련시킬 수 있게 된다. 내부적으로 컴퓨터 수단(50)은 위상 변위 신호(C), 신호(T) 및 신호(E₂)의 두 개의 진폭 레벨을 사용하여 컴퓨터 수단(50) 기억수단의 주소를 지정함으로써 적당한 함수 값을 선택한다. 컴퓨터 수단(50)은 선택된 함수값에 대응하는 신호를 디지탈 디스플레이 수단 또는 기록수단, 또는 이둘의 조합일 수 있는 판독수단(54)에 제공한다.

Claims

마이크로파 에너지를 공급하는 소오스(3)와, 상기 소오스에 의해 공급된 마이크로파 에너지를 흐름으로 전달하고, 흐름에서 반사되거나 흐름을 통해 전달된 시험 마이크로파 에너지를 수신하는 안테나 수단(12,20)과, 시험 마이크로파 에너지에 응답하여 시험 마이크로파 에너지의 세기를 나타내는 세기신호(E₂)를 제공하는 검출기(32)와, 공급된 마이크로파 에너지와 시험 마이크로파 에너지에 응답하는 위상차 수단(9,34,40,44)으로서, 기준 마이크로파 에너지를 제공하도록 위상 변위 신호(C)에 따라 공급된 마이크로파 에너지의 위상을 변위시키는 전압 제어식 위상 변위기(9)와, 상기 시험 에너지 및 기준 에너지 사이의 위상차가 거의 90°가 될 때까지 시험 마이크로파 에너지와 기준 마이크로파 에너지에 응답하여 상기 시험 에너지 및 기준 에너지 사이의 상 차이로서 상기 위상 변위신호를 제공하는 위상차 수단(34,40,44)를 구비하여, 상기 위상 변위기가 인에블링 신호를 제공하는 상기 위상차 수단(9,34,40,44)과, 석유 흐름의 온도를 나타내는 신호(T)를 제공하는 온도 감지기(52)와; 상기 세기 신호(E₂), 상기 위상차 신호(C) 및 상기 온도 신호(T)에 따라 물 함량 퍼센트를 나타내도록 검출기(32), 위상 변위기(9), 위상차 수단(9,34,40,44)에 연결된 지시기 수단(50)을 포함하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치로서, 상기 소오스(3)는 마이크로파 에너지를 제1차동 주파수 및 제2차동 주파수로 공급하게 되어 있고, 상기 지시기 수단(50)은 각각의 상기 제1차동 주파수 및 제2주파수로 저장된 위상 변이표를 포함함으로써, 위상차 신호가 정확한 위상 변위와 360°의 정수배의 합을 나타낼 때의 비정확성을 해결하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상차수단(34,40,44)이 각각 시험 에너지 및 기준 에너지의 위상을 나타내는 전기신호(E₃,E₄)를 제공하도록 시험 에너지 및 기준 에너지에 응답하는 혼합기(34)와, 상기 두 전기 신호간의 차를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 혼합기에 연결된 차동 증폭기(40)와, 상기 출력 신호에 따라 상기 위상차 신호를 제공하도록 차동 증폭기에 연결된 귀환 회로(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 안테나 수단이 선택된 상기 공급 마이크로파 에너지를 흐름으로 전달하고, 흐름에서 반사된 시험 마이크로파 에너지를 수신하도록 된 안테나(12)와, 소오스로부터의 에너지를 안테나(12)로 전달하고 안테나로부터의 에너지를 검출기(32)로 전달하도록 상기 소오스(3)와 상기 안테나(12)에 연결된 순환기(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치.
제1항, 제2항, 제3항에 있어서, 상기 안테나 수단이 흐름을 통해 전달된 시험 마이크로파 에너지를 수신하여 그 시험 마이크로파 에너지를 검출기(32)로 전달하도록 된 안테나(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 검출기(32)에 전달하기 위한 시험 마이크로파 에너지를 상기 순환기(8)나 상기 안테나(20)에서 선택하도록 동작 가능한 스위치 수단(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정 장치.
제1항, 제2항, 제3항에 있어서, 상기 제1주파수 또는 제2주파수로 상기 안테나 수단(12,20)에 공급할 공급 마이크로파 에너지를 선택하도록 동작가능한 스위치(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석유 흐름내 체적당 함수율 측정장치.