油田油水界面的测试，目前采用以浮球和射频导纳为原理的界面计较普遍。我们在实际应用中发现，浮球式界面计要求两种不同介质密度应有一定的差异，如果密度差异小，例如原油中含硫、含腊较高和油水密度相接近，浮球界面计就很难使用。此外，浮球式界面计因为有机械运动，浮子往往易卡死，造成虚假液位。射频导纳液位计其基本测量原理仍是电容式，但其测量的前题是介质介电常数ε应保持不变，否则测量不准确，然而油田的原油成份并不十分确定，所以介电常数也是在一定范围内变化，同时由于水中含各种杂质，探极使用一段时间后，在其外壁上将会结垢，而且结垢不均匀，测量出的电容亦不一致，其最后结果导致仪表显示的界面和液面有相当的误差。为此，我们使用了HX型分段电容式液位计来解决油田油水界面的测试问题。
“分段电容式物位
检测方法”简介 :
分段电容式物位检测原理的主要特征就是将原来电容物位计一根全量程长度的检测电极与罐壁构成一个传感电容的结构，改变为用从上至下相同长度若干段(9段)独立电极，相互串连，相互绝缘，独立引线，与罐壁形成从上至下9个传感电容，相当于从上至下9个1/9量程小物位计共同来检测全量程的总料位，参见图1。
分段的结果是每段电极所处高度层面物料存在的状况信息，同时得到传感和采集，通过9个段电容的大小和分布，就可以利用计算机软件判断各段物料的有无和多少，上部电容量最小的段肯定是空段C0，空段以下第一个电容变大的段是料面所在的段，即界面段CJ，而由于物料的连续性，界面以下其余的段，不论电容量是多少，肯定是满料段CM，满料部分由于各层面物料介电常数可能不同，因此各段CM也不一定相同，但这一段被判断为满料段，这一段在总料位中的料位就等于段电极的几何长度L0，而与其电容量大小无关。若经判断界面段以下有N个满料段，则满料部分料位H满=NL0。与实际料位高度没有误差。总料位H=H满+H界面。因此总料位检测结果中的误差只可能来自界面段。如果我们认为界面段物料与和它相邻下面一个满料段物料介电常数相同，满段电容为CMA，那么C0、CJ、CMA三个参数就构成了自校正的基础要素。段长度L0就是校正高度的基准，就有：
H界面= (1)
总料位H=NL0+ (2)
由此可见，由于e在式(1)计算时已被除掉，H界面由于e引起误差的可能性已不存在，H界面真正在不需人工干预情况下实现了自校正，总料位又是由已校正后H界面和没有误差的H满相加而得来，其检测精度是可想而知的。这一切功能的实现是在分段电容探极基础上靠数字化的有无判断，和单片机智能化校正计算完成的。我们已申报这个方法并获得国家发明专利(ZL 94 1 00133.4)。
图1 工作原理示例
图2 工作原理示意图
检测方法的实现:
一个完整的物位检测产品是由探极、变送器、显示仪表或上位机共同实现的。实时自校正式物位变送器，是本项目的核心部件。它要实现上述原理提出的分段电容自校正的功能，要完成探极构成的9个检测电容，电容量变化信息的采集、放大，然后通过A/D转换，变为单片机可以接受的数字信息，再由单片机和相应软件对9段电容信息进行分析、判断、计算，最后将计算的料位高度以数字的形式，通过RS485通信接口输出，然后由单片机组成的显示仪表显示，或直接由上位微机组成DCS系统。因此，变送器硬件组成的原理图如图2所示。
我们在变送器的研制过程中开发并使用了以下几种技术：
组合模拟开关技术及其模块
原理提出的分段电容独立检测的要求，使相邻很近的两段电容电场的边缘效应，给独立检测带来影响。为了解决这个问题，我们研制成功模拟开关模块，在选通某一段电容测量时，其余各段均处于有源屏蔽状态，避免了相邻段之间的干扰。这就是电路图中的MK1。
微电容远传测量技术及其摸块
排列在不同高度上相同长度的电容电极，由于电极长度缩短，本身电容量很小，有的小到0.1pF数量级。而不同位置电极到变送器的引线长度相差很大，有的达10几米，分布电容达1000pF。因此要实现引线相差10几米的微小电容的可靠检测，是变送器研制的技术关键之一。我们的微电容远传技术和微电容远传测量模块，成功地解决了0.1pF数量级的电容在用普通屏蔽线引至50m以外测量的问题。分辨率达到1000mv/pF以上。这就是电路图中的MK2。
单片机智能化、数字化技术
上述两项专有技术为变送器实现分段电容检测提供了支持，为实现产品化，我们采用了89C2051单片机智能技术。由微电容模块、组合开关模块和单片机共同组成变送器。为了提高检测分辨率，我们采用TI公司最新12位串行A/D芯片，保证了段电容量信号的分辨率，实现了与89C2051单片机接口。各段信号采集，空料、满料、界面判断，界面段的实时自校正计算及RS485 直接计算机信号输出。由专门的软件程序实现了一种智能化自校正新型物位变送器，经北京市技术监督局指定304所检测，取得满量程精度为0.05%样机合格证。并在化工、石油、建材等行业液位料位检测中取得很好的使用效果。
结束语 :
分段电容式物位计已应用于大庆油田采油六厂四矿290中转站的2000M3油水分离罐。并取得了令人满意的结果。油位检测高度与人工检尺比较，差异为±1cm。水位高度与其它仪表比对相一致，检测分辨率为1cm。
随着油井开采期增长，回注水增加，各油田、油水分离过程中油水界面的检测需求越来越大，这种原理结构简单、安装方便、工作可靠的新型油水界面液位计一定会在石油行业得到广泛应用
