摘要：设计了基于热力学吸热定律的温差式流量传感器。通过标定试验确定流量与温差的关系后，现场只需测量加热装置前后的温度，即可由单片机MSP430F2132计算得到流量。利用无线模块，实现数据的短距离无线传输。在保证测量精度的同时，降低了流量传感器的成本。
关键词：温差式流量传感器；标定；MSP430F2132；无线传输

    引言
    随着人们生活水平的提高，汽车使用越来越普遍，对能源的需求量越来越多。石油是重要的能源之一。油井生产石油的产量也成为油田领导人重点关注的问题。油井的产油量可用流量表示，获取油井流量的过程称为油井计量。对油井准确、及时的计量，不仅对油田管理人员制定油井生产方案、提高油井生产效率有重要的指导意义，也可为市场管理人员调控成品油价格提供一定的参考。传统玻璃管量液的产液量获取方式，不仅人工劳动强度大，且测量误差大、实时性差、效率低，已远远不能满足油井计量实时性、可靠性、准确性的要求。随着科学技术的发展，市场上出现了多种原油流量传感器，如科里奥利式、超声式、涡轮式、浮子式、涡街式、容积式、核式等。但由于原油的物性比较复杂，粘度、比重、含水率等参数各不相同，造成了如今流量测量传感器的多样性、专用性和价格差异的悬殊性。目前投放市场的产品大都存在这样那样的不足。如：科里奥利式质量流量传感器堪称当前流量测量精度最高的流量传感器，但其价格昂贵，不宜推广；超声式传感器安装复杂、维护困难；涡街式流量传感器适用环境有限、测量精度低等。所以，各种环境通用、结构简单、成本低、可靠性高的原油流量传感器将会备受青睐。

    1 设计原理
    本系统设计了一种基于热力学基本定律的温差式流量传感器。其原理依据是热力学吸热定律，即：
    Q=c*m*(t2-t1)
    Q为加热装置提供的热量，c、m分别为被加热物质的比热容和质量，t1、t2分别为物质加热前后的温度。对于特定的物质，c是固定值，若Q一定，则m越大， “t2-t1”越小。每口井在一段时间内油水比例几乎不变。对油水比例一定的原油的比热容c可视作固定值。根据此定律
，设计恒功率加热装置，在一定的时间内提供恒定的热量Q。原油进入加热装置后开始恒功率加热，分别测量其加热前的温度t1和加热后的温度t2，即可计算加热前后的温度的变化“t2-t1”。由于装置所供热量Q也固定，则原油的流速越快，m就越大，测量装置出口处相对于入口处的原油的温差“t2-t1”就越小。反之，温差越大。
    据此，建立试验装置，设计温差式流量传感器，利用高精度的容积式流量计，进行以下标定试验，得到温差和流量的具体关系：固定原油某一流速，由温差式流量传感器在加热装置入口处测量初始温度，由恒功率的加热棒加热后，在出口处测量加热后的温度，由容积式流量计测得该温差下的流速；更换流速，重复以上试验操作。由此，可得到不同流速下对应的出口与入口的温差。从而，可用Matlab拟合出温差一流量曲线。对于该油水比的油井，温差式流量传感器只需测量加热装置前后的温度，即可根据拟合的公式计算得到产液量。分别通过试验拟合出不同油水比的温差一流量关系，能够计算各种油水比的油井的产液量。从而，对于各个油井，温差式流量传感器只需测量加热装置前后的温度，即可根据拟合的温差一流量关系式计算得到产液量。
    现场安装时，原油由220V交流电为恒功率加热棒供电产生的热量加热。为保证加热装置能够提供恒功率的热量，在加热装置前使用稳压器，使加热棒两端电压恒定为220V。

    2 系统硬件设计
    2．1 整体方案设计
    温差式流量传感器整体结构图如图1所示。

    温差式流量传感器主要由单片机模块、参数采集模块、存储器模块、时钟模块、加热控制模块、无线模块和电源模块组成。

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