CN205786834U - 一种抽油机电功图测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抽油机电功图的测量装置，主要由电压整形变换电路、电流整形变换电路、鉴相电路、电压信号滤波及放大电路、电流信号滤波及放大电路、脉宽测量电路、光电隔离开关、上死点传感器、模拟量多路转换开关、下死点传感器、A/D采集电路、单片机、键盘及显示器、通讯电路、存储器、供电电路组成。电压整形变换电路与电流整形变换电路的信号采集端口与电源的相线连接；电压整形变换电路信号输出端口与鉴相电路、电压信号滤波及放大电路的信号采集端口相连接；电压信号滤波及放大电路与电流信号滤波及放大电路的信号输出端口与模拟量多路转换开关的信号采集端口相连。本实用新型可及时发现故障；安装简单，能实时、准确在线测量电功图。

Description

一种抽油机电功图测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种抽油机电功图的测量装置，适用于实时测量，属于石油测量装置技术领域。

背景技术

示功图是抽油机在生产过程中最直接的工况反映,通过它可以判断整个抽油机的运行状态、抽油泵的工作情况，示功图可以反映出井下原油的开采效率及抽油机的能耗情况。目前国内大部分油田对抽油机示功图的测试，采用的是将传感器安装在光杆上直接采集光杆的位移数据和载荷数据的方法，载荷传感器由于暴露在大气中，并且承受交变载荷，容易发生损坏或失效，传感器连接线也因为往复运动，容易疲劳断裂，导致测得的数据不准确或无法测量。针对该测量方法的缺点，本实用新型是基于抽油机电功图测量的装置，通过对电功图的测量从而间接得到示功图，减少了对载荷的测量或运动电缆的测量，有效解决了载荷传感器测量寿命短、数据不准确、电缆疲劳断裂的缺点，使得测量结果可靠，使用寿命长。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服目前游梁式抽油机示功图测试中测量元件易损坏、寿命短、电缆易疲劳断裂问题，提供一种抽油机电功图的测量装置，通过电功图测量而实现间接测量，具有测量可靠，寿命长优点，以弥补目前载荷传感器疲劳损坏引起的测量不准确的缺陷。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型一种抽油机电功图测量装置，主要由电压整形变换电路、电流整形变换电路、鉴相电路、电压信号滤波及放大电路、电流信号滤波及放大电路、脉宽测量电路、光电隔离开关、上死点传感器、模拟量多路转换开关、下死点传感器、A/D采集电路、单片机、键盘及显示器、通讯电路、存储器、供电电路组成。所述电压整形变换电路与电流整形变换电路的信号采集端口与电源的相线连接；电压整形变换电路信号输出端口与鉴相电路、电压信号滤波及放大电路的信号采集端口相连接；电流整形变换电路的信号输出端口与鉴相电路、电流信号滤波及放大电路的信号采集端口相连；电压信号滤波及放大电路与电流信号滤波及放大电路的信号输出端口与模拟量多路转换开关的信号采集端口相连；模拟量多路转换开关的信号输出端口与A/D采集电路的信号采集端口相连，鉴相电路的信号输出端口与脉宽测量电路的信号采集端口相连；脉宽测量电路、光电隔离电路、A/D采集电路、键盘及显示器、通讯电路、存储器分别于单片机的输入口与输出口相连接。

所述电压整形变换电路将电动机工作时的相电压变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电压信号滤波及放大电路将相电压变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集的信号；电流整形变换电路将电动机工作时的相电流变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电流信号滤波及放大电路将相电流变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集的信号；模拟量多路转换开关将进行了滤波和信号放大处理后的信号送入A/D采集电路，A/D采集电路将各相电压、相电流信号变换为数字信号；鉴相电路是将相电压与相电流整形后的方波信号的相位差变为方波信号，通过脉宽测量电路对方波信号高、低电平时间的测量，通过占空比的计算，计算出电动机的功率因数；上死点传感器测量抽油机的上死点位置，下死点传感器测量抽油机的下死点位置；通过光电隔离电路，消除外界的干扰；单片机将各相电压、相电流、相位差、上死点位置、下死点位置进行相应计算和分析，输出电功图与位移相关的测量计算信息；键盘及显示器输入相关参数及显示相应数据和图像，通讯电路用于数据传输及参数设置，存储器用于存储程序和数据，供电电路用于给测量装置供电。

电压整形变换电路是通过电压互感器将相电压变换为低压电源，一路变换成与相电压成正比的低压直流电压，供电压测量使用，另一路通过整形电路将正半周期交流信号整形成为方波信号；电流整形变换电路是通过电流互感器将相电流变换成电压信号，一路变换成与相电流成正比的低压直流电压，供电流测量使用，另一路通过整形电路将正半周期交流信号整形成为方波信号；将整形的电压和电流方波信号经过鉴相电路处理，输出两个上升沿时间差的方波，通过脉宽测量电路测量该方波信号的占空比，可将该信号转换为功率因素，实现功率因素的测量；电压、电流整形变换电路输出的低压直流信号经过滤波及放大电路后变换成可被A/D采集电路采集的信号，该信号经过模拟量多路转换开关后，被分别送到A/D采集电路进行定时采集，通过换算，可测得抽油机工作时的交流电压与交流电流的大小，结合测量的功率因素可计算出电动机有用功率的大小；上死点传感器是测量抽油机的上死点位置；下死点传感器是测量抽油机的下死点位置；光电隔离电路是消除上下死点传感器引入的干扰信号，同时起电压变换作用，将传感器信号变换成标准的单片机输入信号；单片机将测量的相电压、相电流、功率因素、上死点、下死点的相关输入信号进行分析处理，计算出电功率随抽油机上下行程变化的封闭曲线，从而实现抽油机电功图的测量，键盘用于输入相应参数和修改设置的数据，显示器用于显示相应数据和曲线，实现人机交互，存储器用于存储设置的参数及需要大数据通讯时无法及时传输的数据的临时存放；其它外设单元中通讯电路用于数据传输、远程数据设置等；供电电路用于给测量装置供电，保障设备运行的电源供应。

本实用新型的优点：1、无载荷传感器，使测量更加准确和可靠。2、测量中无可动部件，测量装置寿命长，满足抽油机现场的实际需求3、可利用实时测得的电功图对抽油机的抽汲参数进行优化来提高抽油泵的充满度，通过对抽油机变频器的控制，可实现节能，防止空抽。4、通过对电功图的分析，可及时发现抽油过程中的故障。5、安装简单，能实时、准确、方便的在线测量电功图。

附图说明

图1是本实用新型一种抽油机电功图测量装置的示意图。

图中：1.电压整形变换电路、2.电流整形变换电路、3.鉴相电路、4.电压信号滤波及放大电路、5.电流信号滤波及放大电路、6.脉宽测量电路、7.光电隔离电路、8.上死点传感器、9.模拟量多路转换开关、10.下死点传感器、11.A/D采集电路、12.单片机、13.键盘及显示器、14通讯电路、15.存储器、16.供电电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种抽油机电功图测量装置，主要由电压整形变换电路1、电流整形变换电路2、鉴相电路3、电压信号滤波及放大电路4、电流信号滤波及放大电路5、脉宽测量电路6、光电隔离电路7、上死点传感器8、模拟量多路转换开关9、下死点传感器10、A/D采集电路11、单片机12、键盘及显示器13、通讯电路14、存储器15、供电电路16组成。所述电压整形变换电路1与电流整形变换电路2的信号采集端口与电源的相线连接；电压整形变换电路1信号输出端口与鉴相电路3、电压信号滤波及放大电路4的信号采集端口相连接；电流整形变换电路2的信号输出端口与鉴相电路3、电流信号滤波及放大电路5的信号采集端口相连；电压信号滤波及放大电路4与电流信号滤波及放大电路5的信号输出端口与模拟量多路转换开关9的信号采集端口相连；模拟量多路转换开关9的信号输出端口与A/D采集电路11的信号采集端口相连，鉴相电路3的信号输出端口与脉宽测量电路6的信号采集端口相连；脉宽测量电路6、光电隔离电路7、A/D采集电路11、键盘及显示器13、通讯电路14、存储器15分别于单片机12的输入口与输出口相连接。

所述电压整形变换电路1将电动机工作时的相电压变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电压信号滤波及放大电路4将相电压变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集电路11采集的信号；电流整形变换电路2将电动机工作时的相电流变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电流信号滤波及放大电路5将相电流变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集电路11采集的信号；模拟量多路转换开关9将进行了滤波和信号放大处理后的信号送入A/D采集电路11，A/D采集电路11将各相电压、相电流信号变换为数字信号；鉴相电路3是将相电压与相电流整形后的方波信号的相位差变为方波信号，经过脉宽测量电路6对方波信号高、低电平时间的测量，通过占空比的计算，计算出电动机的功率因数；上死点传感器8测量抽油机的上死点位置，下死点传感器10测量抽油机的下死点位置；通过光电隔离电路7，消除外界的干扰；单片机12将各相电压、相电流、相位差、上死点位置、下死点位置进行相应计算和分析，输出电功图与位移相关的测量计算信息；键盘及显示器13输入相关参数及显示相应数据和图像，通讯电路14用于数据传输及参数设置，存储器15用于存储程序和数据，供电电路16用于给测量装置供电。

电压整形变换电路1连接电源的三相电压，工作时将相电压变换成低压直流电压及正半周方波信号，该低压直流电压经电压信号滤波及放大电路4处理后，变为A/D采集电路11可测量的信号，该信号经过模拟量多路转换开关9切换到A/D采集电路11的输入端，将模拟量转换为数字量后送进单片机12进行处理；电流整形变换电路2连接电源的三相电流，工作时将相电流变换成低压直流电压及正半周方波信号，该低压直流电压经电流信号滤波及放大电路5处理后，变为A/D采集电路11可测量的信号，该信号经过模拟量多路转换开关9切换到A/D采集电路11的输入端，将模拟量转换为数字量后送进单片机12进行处理，鉴相电路3是将对应的相电压与相电流的正半周方波信号上升沿的时间差处理为方波，通过脉宽测量电路6测量出方波信号的占空比，计算出电动机的功率因数；上死点传感器8测量上死点位置，下死点传感器10测量下死点位置，经过光电隔离电路7后转换为单片机12所能接收的信号，上、下死点信号作为电功图测试的参考点；单片机12将采集到的相电流、相电压、功率因素、上死点位置、下死点位置进行处理计算，从而准确得到每个冲次或多个冲次的电功图数据，并将电功图通过键盘及显示器13中的显示器显示，或通过通讯电路14进行数据传输，键盘及显示器13实现参数修改及数据显示，存储器15用于存储程序和采集的数据，供电电路16对整套装置提供供电保障。

工作时，供电电路给整个测量装置供电，整个测量装置得电后开始工作；电压整形变换电路将三相电压变换为低压直流电压，然后将低压直流电压进行滤波和信号放大处理，变为A/D采集电路可测量的信号，并将该信号通过模拟量多路转换开关送入A/D采集电路进行数据采集，电压整形变换电路同时将正半周期交流信号整形成为正半周方波信号，并将该方波信号传送给鉴相电路进行处理；电流整形变换电路将三相电流变换成低压直流电压，然后将低压直流电压进行滤波及信号放大处理，成为A/D采集电路可测量的信号，并将该信号通过模拟量多路转换开关送入A/D采集电路进行数据采集，电流整形变换电路同时将正半周期交流信号整形成为正半周方波信号，并将该方波信号传送给鉴相电路进行处理，鉴相电路把对应相的电压和电流整形后的方波信号进行处理，输出电压与电流过零点时相位差的方波信号，通过脉宽测量电路测量出该方波的占空比，从而求出电动机的功率因素；单片机将测量到的相电压、相电流值换算成实际的相电压、相电流值的大小，将功率因素加入计算，可算出抽油机的有用功率；配合上死点传感器和下死点传感器的检测信号，通过相应的计算，可实现一个冲次的有用功率的准确测量，通过通讯电路输出一个冲次的电功图，也可连续测试多个冲次的电功图，通过键盘可进行相应参数的修改，使电功图的测试曲线成为与示功图相近似的曲线，该曲线参数可以通过显示器进行显示，也可通过通讯电路将其传送到远程计算机上进行分析，还可通过通讯方式控制抽油机的变频器，实现冲次变频调节，达到最佳的节能控制。

Claims (2)

1.一种抽油机电功图测量装置，主要由电压整形变换电路(1)、电流整形变换电路(2)、鉴相电路(3)、电压信号滤波及放大电路(4)、电流信号滤波及放大电路(5)、脉宽测量电路(6)、光电隔离电路(7)、上死点传感器(8)、模拟量多路转换开关(9)、下死点传感器(10)、A/D采集电路(11)、单片机(12)、键盘及显示器(13)、通讯电路(14)、存储器(15)、供电电路(16)组成，其特征在于：所述电压整形变换电路(1)与电流整形变换电路(2)的信号采集端口与电源的相线连接；电压整形变换电路(1)信号输出端口与鉴相电路(3)、电压信号滤波及放大电路(4)的信号采集端口相连接；电流整形变换电路(2)的信号输出端口与鉴相电路(3)、电流信号滤波及放大电路(5)的信号采集端口相连；电压信号滤波及放大电路(4)与电流信号滤波及放大电路(5)的信号输出端口与模拟量多路转换开关(9)的信号采集端口相连；模拟量多路转换开关(9)的信号输出端口与A/D采集电路(11)的信号采集端口相连，鉴相电路(3)的信号输出端口与脉宽测量电路(6)的信号采集端口相连；脉宽测量电路(6)、光电隔离电路(7)、A/D采集电路(11)、键盘及显示器(13)、通讯电路(14)、存储器(15)分别于单片机(12)的输入口与输出口相连接。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机电功图测量装置，其特征在于：所述电压整形变换电路(1)将电动机工作时的相电压变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电压信号滤波及放大电路(4)将相电压变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集电路(11)采集的信号；电流整形变换电路(2)将电动机工作时的相电流变换成低压直流电压并将其整形为正半周方波信号，电流信号滤波及放大电路(5)将相电流变换的低压直流电压进行滤波和信号放大处理，输出供A/D采集电路(11)采集的信号；模拟量多路转换开关(9)将进行了滤波和信号放大处理后的信号送入A/D采集电路(11)，A/D采集电路(11)将各相电压、相电流信号变换为数字信号；鉴相电路(3)是将相电压与相电流整形后的方波信号的相位差变为方波信号，经过脉宽测量电路(6)对方波信号高、低电平时间的测量，通过占空比的计算，计算出电动机的功率因数；上死点传感器(8)测量抽油机的上死点位置，下死点传感器(10)测量抽油机的下死点位置；通过光电隔离电路(7)，消除外界的干扰；单片机(12)将各相电压、相电流、相位差、上死点位置、下死点位置进行相应计算和分析，输出电功图与位移相关的测量计算信息；键盘及显示器(13)输入相关参数及显示相应数据和图像，通讯电路(14)用于数据传输及参数设置，存储器(15)用于存储程序和数据，供电电路(16)用于给测量装置供电。