CN204328489U - 一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器 - Google Patents

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吴波
陈文权
姜华
毛嘉
何风行
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Abstract

本实用新型公开了一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器，所述的信号调理器的4-20mA信号接口安全防护电路的输出端连接4-20mA信号光耦隔离电路，4-20mA信号光耦隔离电路连接4-20mA信号接收转换电压放大电路，4-20mA信号接收转换电压放大电路的输出端连接电压信号调整放大电路，该电压信号调整放大电路用以去掉4mA底电流转换的电压，并对4-20mA之间的电流转换的电压做放大处理，所述的电压信号调整放大电路连接信号基准电源，所述的电压信号调整放大电路的输出端经过直流隔离电路后连接到动态压力变送器运算放大电路，所述的电压信号调整放大电路的输出端同时也连接常规压力变送器运算放大电路。

Description

一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器
技术领域
本实用新型属于油气管道技术领域，特别涉及一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器。
背景技术
油气运输管道由管道及其配套设备所组成，并按照输送油气流量的需要，配备相应的油泵管道加压机组、管道管理和监控***，用以完成油料接卸及输转任务。随着大量管道的建成并开始输送油气，油气泄漏和偷盗油气事件时有发生。因此有必要对于管道进行泄漏检测。
早期的管道泄漏监测技术包括应用流量平衡法监测管道入口端与出口端的流量差来判断泄漏；气体敏感法通过在管线沿途安装气体传感器监测泄漏到土壤孔隙中的可燃气体来判断是否泄漏；通过在输油泵站安装压力变送器采集压力数据判断是否泄漏。
流量平衡法可以监测出微小泄漏，但是对于泄漏的发生反应较慢，并且需要在每段管道的两端安装流量表，同时仅依靠流量数据不能对泄漏点进行定位。
气体敏感法能定位泄漏位置和监测微小泄漏，但是需要沿管道高密度布设，成本高，不易实现。
压力变送器监测泄漏的原理是，将压力传感器采集到的压力绝对值转换为4-20mA电流环进行输出，压力绝对值按照压力量程范围等比例的转换为4-20mA的电流信号，在接收端再将电流信号转换为电压信号进行接收。通常情况下管道受温度及环境影响使压力产生变化时，压力变送器采集到的压力信号只在满量程输出值中占很小的比例，所以对于输出值较小的压力变化量无法准确的进行测量。
而动态压力变送器主要用来监测管道内部压力的动态变化量，灵敏度和精度都非常高，细微的压力变化(5Pa的压力变化)都可以监测到，非常适合监测管道微小、缓慢的泄漏。动态压力变送器同样采用4-20mA电流环传输信号，然后在阀站由信号调理器把4-20mA信号转换成电压信号，最后数据采集卡把电压信号转换成数字信号，配合算法，即可计算出泄漏的精确地点。
动态压力变送器的特点是，只有发生压力变化的时候，它才有输出，且输出信号变化的方向与压力变化的方向相同，也就是说动态压力变送器的信号经过信号调理器后，应该在0V电平附件跳动才适合观察。很显然，目前市场上的信号调理器都不太适合用于动态压力变送器的信号转换。目前市场上的信号调理器的输出都是在0～5V/10V或者1～5V/10V。动态压力变送器需要信号调理器输出的范围在-5V～+5V或者-2.5V～2.5V之间等才便于信号转换和观察。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器，以解决目前市场上的信号调理器不适合用于油气管道泄漏检测的动态压力变送器4-20mA电流环信号转换的缺陷。
本实用新型的技术方案是，一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器，该信号调理器连接动态压力变送器或常规压力变送器的4-20mA电流环输出，所述的信号调理器的4-20mA信号接口安全防护电路的输出端连接4-20mA信号光耦隔离电路的输入端，4-20mA信号光耦隔离电路的输出端连接4-20mA信号接收转换电压放大电路，
4-20mA信号接收转换电压放大电路的输出端连接电压信号调整放大电路，该电压信号调整放大电路用以去掉4mA底电流转换的电压，并对4-20mA之间的电流转换的电压做放大处理，
所述的电压信号调整放大电路连接信号基准电源，
所述的电压信号调整放大电路的输出端经过直流隔离电路后连接到动态压力变送器运算放大电路，
所述的电压信号调整放大电路的输出端同时也连接常规压力变送器运算放大电路，
所述的信号调理器采用隔离电源供电。
进一步的，4-20mA信号接口安全防护电路由双向TVS管D1、双向TVS管D2和双向TVS管D3串联后与二极管D4和保险丝F1、保险丝F2组成，4-20mA信号光耦隔离电路由第一光耦隔离器和第一运算放大器组成，4-20mA信号接收转换电压放大电路包括第三运算放大器，该第三运算放大器连接第一光耦隔离器，再连接包含第四运算放大器的电压信号调整放大电路，所述第四运算放大器的输出，一路经过电容隔直后连接第二运算放大器作为动态压力变送器的输出，另一路连接第五运算放大器输出为常规压力变送器输出。
在本申请中常规压力变送器指的是：测量不随时间变化的压力或者随时间变化较缓慢的压力的变送器，如差压变送器、绝对压力变送器、表压变送器等，这些压力变送器可以检测静态或者随时间变化较缓慢的压力，但压力变化较快时，这些压力变送器就检测不准确。
本实用新型提出了一种兼容动态压力变送器和常规压力变送器的信号调理器，可用于动态压力变送器，也可以用于常规压力变送器。主要在电路设计方面给出一个简单可靠的电路设计，方便接收转换动态压力变送器和常规压力变送器信号。器件上选择精度高、可靠性好、且成本低的材料，较低的成本适合大规模的普及和生产。
附图说明
图1是本实用新型的信号调理器的电路模块组成示意图。
图2是本实用新型实施例中的部分电路图。
图3是本实用新型实施例中的部分电路图。
其中，1——第一接线端子，2——第一隔离电源，3——第二隔离电源，4——第二接线端子，5——第一运算放大器，6——第一光耦隔离器，7——第二运算放大器，8——第三运算放大器，9——第四运算放大器，10——第三接线端子，11——第五运算放大器，12——基准电源。
具体实施方式
本实用新型的工作原理是，动态压力变送器受到变化的外部压力或者常规压力变送器受到外部压力时，会产生一个在4-20mA之间的电流信号，该电流信号经过较长的传输线传输后，接到信号调理器上，由信号调理器把4-20mA之间的电流信号转换成适合测量和观察的电压信号，该电压信号与压力(或者压力的变化量)成一定的比例关系，这样就可以判断变送器受到的外部压力是多少，或者压力的变化量是多少。
具体解决方案如图1所示，电路的第一部分主要负责4-20mA电流环信号安全防护(ESD等)、接收和光耦隔离；第二部分负责把接收到的信号进行处理和调整，使压力动态信号适合观察和测量。对于动态压力变送器，信号以0电平为中心，随着压力信号的变化而波动，信号在-5V～+5V之间波动。对于常规压力变送器，信号在0～10V之间波动；第三部分为动态压力变送器和常规压力变送器的信号经过信号调理器后，输出的电压信号示意图。
如图1，一种用于接收转换动态压力变送器和常规压力变送器电流信号的信号调理器的功能由第一部分和第二部分实现，所述的信号调理器的4-20mA信号接口安全防护电路的输出端连接4-20mA信号光耦隔离电路的输入端，4-20mA信号光耦隔离电路的输出端连接4-20mA信号接收转换电压放大电路，4-20mA信号接收转换电压放大电路的输出端连接电压信号调整放大电路，该电压信号调整放大电路用以去掉4mA底电流转换的电压，并对4-20mA之间的电流转换的电压做放大处理，所述的电压信号调整放大电路连接信号基准电源，所述的电压信号调整放大电路的输出端经过直流隔离电路后连接到动态压力变送器运算放大电路，所述的电压信号调整放大电路的输出端同时也连接常规压力变送器运算放大电路，所述的信号调理器采用隔离电源供电。
4-20mA信号接口安全防护电路由双向TVS管D1、双向TVS管D2和双向TVS管D3串联后与二极管D4和保险丝F1、保险丝F2组成，4-20mA信号光耦隔离电路由第一光耦隔离器和第一运算放大器组成，4-20mA信号接收转换电压放大电路包括第三运算放大器，该第三运算放大器连接第一光耦隔离器，再连接包含第四运算放大器的电压信号调整放大电路，所述第四运算放大器的输出，一路经过电容隔直后连接第二运算放大器作为动态压力变送器的输出，另一路连接第五运算放大器输出为常规压力变送器输出。
如图2和3所示，是为本实用新型电路示意图。1、4和10是接线端子，2、3是隔离电源，12是基准电源，6、13和14是光耦器件，5、7、8、9和11是运算放大器。信号调理器工作所需的电源由第一接线端子1提供。4-20mA电流环信号由第二接线端子4进入，电流经过安全防护、接收和光耦隔离转换成电压信号，电压信号再次经过运算放大器和隔直电路的处理，变换成适合测量和观察的电压信号，该电压信号与压力(或者压力的变化量)成一定的比例关系，最终由第三接线端子10分别输出动态压力变送器信号和常规压力变送器信号。
第二接线端子4的pin脚8为变送器提供24V电源，变送器4-20mA电流信号从第二接线端子4的pin脚7进入信号调理器，经过端口保护电路(由F1、F2、D1、D2、D3、D4组成)后，进入第一光耦隔离器件6，第一光耦隔离器件6配有线性补偿电路(第一运算放大器5及其周边电路)，经过光耦隔离后产生的电流信号由第三运算放大器8及其周边电路转换成电压信号，新产生的电压信号由第四运算放大器9及其周边电路做放大整理，同时配合基准电源12去除4mA低电流产生的电压信号，经过上述处理后的信号分成2路，一路经过隔直和第二运算放大器7的处理后变动态压力变送器输出，另外一路经过第五运算放大器11的处理后变成常规压力变送器。

Claims (2)

1.一种用于油气管道泄漏检测的信号调理器，该信号调理器连接动态压力变送器或常规压力变送器的4-20mA电流环输出，其特征在于，所述的信号调理器的4-20mA信号接口安全防护电路的输出端连接4-20mA信号光耦隔离电路的输入端，4-20mA信号光耦隔离电路的输出端连接4-20mA信号接收转换电压放大电路，
4-20mA信号接收转换电压放大电路的输出端连接电压信号调整放大电路，该电压信号调整放大电路用以去掉4mA底电流转换的电压，并对4-20mA之间的电流转换的电压做放大处理，
所述的电压信号调整放大电路连接信号基准电源，
所述的电压信号调整放大电路的输出端经过直流隔离电路后连接到动态压力变送器运算放大电路，
所述的电压信号调整放大电路的输出端同时也连接常规压力变送器运算放大电路，
所述的信号调理器采用隔离电源供电。
2.如权利要求1所述的用于油气管道泄漏检测的信号调理器，其特征在于，4-20mA信号接口安全防护电路由双向TVS管D1、双向TVS管D2和双向TVS管D3串联后与二极管D4和保险丝F1、保险丝F2组成，4-20mA信号光耦隔离电路由第一光耦隔离器和第一运算放大器组成，4-20mA信号接收转换电压放大电路包括第三运算放大器，该第三运算放大器连接第一光耦隔离器，再连接包含第四运算放大器的电压信号调整放大电路，所述第四运算放大器的输出，一路经过电容隔直后连接第二运算放大器作为动态压力变送器的输出，另一路连接第五运算放大器输出为常规压力变送器输出。
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