專利名稱：多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率的傳感器，具體地說是一種在測(cè)量電阻率過程中測(cè)量電流無分流，電極之間電勢(shì)差為零的，抗干擾、測(cè)量精度高的多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器。
背景技術(shù)：
能夠準(zhǔn)確測(cè)得多孔介質(zhì)中天然氣水合物的電阻率值具有非常重要的意義。天然氣水合物生成過程中其電阻率值會(huì)發(fā)生明顯變化，根據(jù)這種變化可以判斷水合物的生成情況，并且通過其電阻率值可以反演出天然氣水合物的飽和度。目前的多孔介質(zhì)中天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)，其電阻率的測(cè)量主要采用一種三電極傳感器。該三電極傳感器通過供電電極在被測(cè)介質(zhì)中建立電流場(chǎng)，測(cè)量流過該電流場(chǎng)的電流和測(cè)量電極與其中一個(gè)供電電極的電位差，通過公式就可計(jì)算得出該小區(qū)域內(nèi)的電阻率。上述天然氣水合物電阻率測(cè)量三電極傳感器存在一些問題。首先，測(cè)量傳感器置于多孔介質(zhì)中，與多孔介質(zhì)產(chǎn)生相對(duì)較大的空隙，同時(shí)空隙中會(huì)填滿電解質(zhì)溶液，其電阻率較低，導(dǎo)致測(cè)量電流沿固定電極的絕緣桿軸向分流嚴(yán)重，從而影響測(cè)量電流更多地進(jìn)入待測(cè)多孔介質(zhì)，降低了測(cè)量的準(zhǔn)確性；其次，對(duì)于多孔介質(zhì)中天然氣水合物的生成、開采二維平板實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它是一金屬的密閉容器，由于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕舷卤谥g的距離較小，當(dāng)傳感器處于狹小的模型空間時(shí)，外層的兩供電電極會(huì)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕舷卤诰嚯x很近，此時(shí)由于兩供電電極之間存在電勢(shì)差，極容易沿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅谛纬呻娏骰芈?，降低了測(cè)量精度，同時(shí)還容易引入外界干擾。因此，需要設(shè)計(jì)一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率的傳感器，該傳感器亟需解決兩個(gè)問題第一，盡量消除測(cè)量電流過多地沿測(cè)量傳感器與待測(cè)介質(zhì)之間縫隙的分流現(xiàn)象，也就是說，最大程度地使測(cè)量電流流入待測(cè)多孔介質(zhì)中；第二，使測(cè)量傳感器最外層的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差為零，消除沿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅谛纬呻娏骰芈返陌l(fā)生條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器，克服上述已有技術(shù)存在的由于結(jié)構(gòu)不合理造成傳感器測(cè)量精度低的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括傳感器本體、聚焦電極、主電極、回流電極、交流電壓變送器、交流電流變送器、航空插頭、導(dǎo)線，其特征在于傳感器本體設(shè)計(jì)為圓柱體，上端部尺寸大于上部直徑， 上部直徑大于下部直徑，在下部直徑變徑處的上邊設(shè)有環(huán)形卡口槽，在下部的外周從下向上逐序嵌有回流電極B、聚焦電極B、主電極、聚焦電極A和回流電極A，在傳感器本體上端面中心設(shè)有一個(gè)航空插頭，航空插頭的三根導(dǎo)線的中間一根導(dǎo)線與主電極相連，下邊一根導(dǎo)線與聚焦電極A和聚焦電極B連接，上邊一根導(dǎo)線與回流電極A和回流電極B連接；通過航空插頭外圍聯(lián)接有交流電壓變送器，交流電流變送器和交流信號(hào)激勵(lì)電源，交流電壓變送器聯(lián)接在主電極和回流電極A之間，交流電流變送器聯(lián)接在主電極和聚焦電極A之間，交流信號(hào)激勵(lì)電源聯(lián)接在聚焦電極A和回流電極A之間。傳感器本體是由ABS塑料或非金屬材料制作，航空插頭、聚焦電極A、聚焦電極B、 主電極、回流電極A和回流電極B均與傳感器本體模壓一體。聚焦電極A和聚焦電極B對(duì)稱設(shè)置在主電極的兩邊，回流電極A和回流電極B對(duì)稱設(shè)置在主電極的兩邊。本發(fā)明的原理是通過固定在絕緣桿上的環(huán)狀電極在待測(cè)多孔介質(zhì)中建立電流場(chǎng)， 然后測(cè)得流經(jīng)待測(cè)區(qū)域的電流以及形成該電流的電勢(shì)差，最后通過計(jì)算得出其電阻率值。 為了防止測(cè)量電流從電極流出后會(huì)大量沿絕緣桿軸向直接流回回流電極，而不是流經(jīng)待測(cè)多孔介質(zhì)然后流回回流電極，所以，考慮在測(cè)量中若能同時(shí)形成兩個(gè)同性電流場(chǎng)，一個(gè)為流入待測(cè)多孔介質(zhì)的電流場(chǎng)，為測(cè)量提供有用信息，另一個(gè)為聚焦電流場(chǎng)，能夠?qū)⒅麟娏鲌?chǎng)擠壓進(jìn)待測(cè)多孔介質(zhì)，這樣即可減少測(cè)量電流沿絕緣桿與待測(cè)介質(zhì)之間縫隙的分流。另外，如果絕緣桿上起相同作用的電極成對(duì)稱結(jié)構(gòu)排列，并將起相同作用的電極內(nèi)部用導(dǎo)線短路， 就可以保證最外層兩個(gè)起回流作用的電極之間電勢(shì)差為零，有效避免沿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)壁形成電流回路?；谏鲜霭l(fā)明思想建立的多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器數(shù)學(xué)模型， 作如下分析給絕緣桿上的兩個(gè)環(huán)狀電極供電，在電極間距不大的情況下可以形成球形電場(chǎng)。 同時(shí)，聚焦電流場(chǎng)必須位于主電流場(chǎng)內(nèi)部才能夠起到將主電流擠壓進(jìn)待測(cè)介質(zhì)的目的，換言之，主電流場(chǎng)必須繞過聚焦電流場(chǎng)才能夠消除沿絕緣桿與待測(cè)介質(zhì)之間縫隙的分流現(xiàn)象。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，可對(duì)電阻率進(jìn)行計(jì)算，為了減少計(jì)算復(fù)雜性，做如下假設(shè)。假設(shè)1 聚焦電流場(chǎng)為一個(gè)實(shí)心球體，主電流場(chǎng)為聚焦電流場(chǎng)實(shí)心球體外的空心球體；假設(shè)2 假設(shè)1中的聚焦電流場(chǎng)實(shí)心球體和主電流場(chǎng)空心球體的直徑不變；假設(shè)3 假設(shè)1中的聚焦電流場(chǎng)實(shí)心球體和主電流場(chǎng)空心球體為同心球體。如果絕緣桿上的電極環(huán)按照上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)排列，讓聚焦電流場(chǎng)分布在主電流場(chǎng)內(nèi)，這樣聚焦電流場(chǎng)和主電流場(chǎng)也兩兩成對(duì)稱分布，整個(gè)電流場(chǎng)應(yīng)為上下排列的兩個(gè)上述同心球體電流場(chǎng)。因?yàn)閷?duì)稱關(guān)系，只取上半部電流場(chǎng)進(jìn)行分析。設(shè)流經(jīng)整個(gè)電流場(chǎng)的主電流為I，形成整個(gè)電流場(chǎng)的電位差為U，流經(jīng)上半部分主電流場(chǎng)的主電流為I的一半，而電位差依然是 U，聚焦電流場(chǎng)實(shí)心球體直徑為a，主電流場(chǎng)空心球體直徑為b，該上半部分主電流場(chǎng)的平均電流密度為j，則
權(quán)利要求
1.一種多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器，包括傳感器本體、聚焦電極、主電極、回流電極、交流電壓變送器、交流電流變送器、航空插頭、導(dǎo)線，其特征在于傳感器本體設(shè)計(jì)為圓柱體，上端部尺寸大于上部直徑，上部直徑大于下部直徑，在下部直徑變徑處的上邊設(shè)有環(huán)形卡口槽，在下部的外周從下向上逐序嵌有回流電極B、聚焦電極B、主電極、聚焦電極A和回流電極A，在傳感器本體上端面中心設(shè)有一個(gè)航空插頭，航空插頭的三根導(dǎo)線的中間一根導(dǎo)線與主電極相連，下邊一根導(dǎo)線與聚焦電極A和聚焦電極B連接，上邊一根導(dǎo)線與回流電極A和回流電極B連接；通過航空插頭外圍聯(lián)接有交流電壓變送器，交流電流變送器和交流信號(hào)激勵(lì)電源，交流電壓變送器聯(lián)接在主電極和回流電極A之間，交流電流變送器聯(lián)接在主電極和聚焦電極A之間，交流信號(hào)激勵(lì)電源聯(lián)接在聚焦電極A和回流電極A之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器，其特征在于傳感器本體是由ABS塑料或非金屬材料制作，航空插頭、聚焦電極A、聚焦電極B、主電極、回流電極A和回流電極B均與傳感器本體模壓一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器，其特征在于聚焦電極A和聚焦電極B對(duì)稱設(shè)置在主電極的兩邊，回流電極A和回流電極B對(duì)稱設(shè)置在主電極的兩邊。
全文摘要
一種多孔介質(zhì)中天然氣水合物電阻率測(cè)量傳感器，包括傳感器本體、聚焦電極、主電極、回流電極、交流電壓變送器、交流電流變送器、航空插頭、導(dǎo)線，傳感器本體設(shè)計(jì)為圓柱體，在下部的外周從下向上逐序嵌有回流電極B、聚焦電極B、主電極、聚焦電極A和回流電極A，在上端面中心設(shè)有一個(gè)航空插頭，航空插頭的三根導(dǎo)線的中間一根導(dǎo)線與主電極相連，下邊一根導(dǎo)線與聚焦電極A和聚焦電極B相連接，上邊一根導(dǎo)線與回流電極A和回流電極B連接；通過航空插頭外圍聯(lián)接有交流電壓變送器，交流電流變送器和交流信號(hào)激勵(lì)電源。本傳感器采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理緊湊，可消除測(cè)量電流的分流現(xiàn)象，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01R27/08GK102279316SQ20111016098
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者曲本全, 曹先鋒, 李曉東, 王建軍, 竇芃, 趙仕俊, 邵東亮, 鄭明軍, 陳暉 申請(qǐng)人:青島石大石儀科技有限責(zé)任公司