專利名稱：一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田抽油機(jī)示功圖的測量系統(tǒng)，由其涉及一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器 標(biāo)定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算和繪制油田抽油機(jī)示功圖需要測出抽油機(jī)光桿的位移值和每一位移值對應(yīng)的負(fù)荷 值。目前，橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷測量，直接測量光桿的拉力，這種測量方法準(zhǔn)確。但是，由于 油井經(jīng)常作業(yè)(維修，下同)，作業(yè)的過程中要把光桿拆除，作業(yè)人員不會(huì)把它作為一個(gè)精細(xì) 的設(shè)備，導(dǎo)致一方面在作業(yè)的過程中經(jīng)常損壞，另一方面每次作業(yè)結(jié)束后，由于技術(shù)人員不 在場，不能及時(shí)恢復(fù)，這已經(jīng)成為油井測控系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的阻礙。近年來，人們通過抽 油機(jī)橫梁的形變來測量負(fù)荷，但始終沒有解決安裝的一致性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使這種方式不 能實(shí)際使用。本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)、A/D、 D/A等技術(shù)及軟件算法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器對 橫梁負(fù)荷傳感器進(jìn)行標(biāo)定，解決了安裝不便和數(shù)據(jù)不準(zhǔn)的問題，實(shí)現(xiàn)了在橫梁上安裝負(fù)荷傳 感器進(jìn)行示功圖測量的目標(biāo)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對現(xiàn)有油田抽油機(jī)示功圖測量系統(tǒng)受作業(yè)影響和橫梁式負(fù)荷傳感器測量精 度差的問題，提供一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及其標(biāo)定方法，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷傳感器 長期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，它包括橫梁式負(fù)荷傳感器、標(biāo)定設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)負(fù) 荷傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其中橫梁式負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)橫梁上，它通過電纜與標(biāo)定 設(shè)備連接；標(biāo)定設(shè)備安裝在抽油機(jī)橫梁的擺動(dòng)支點(diǎn)正上方，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接； 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)驢頭的光桿上，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
所述負(fù)荷傳感器安裝的位置可在抽油機(jī)橫梁前端即驢頭端的下面或側(cè)面或上面也可安 裝在抽油機(jī)橫梁后端的下面或側(cè)面或上面。
所述負(fù)荷傳感器通過4芯電纜與負(fù)荷傳感器連接；標(biāo)定設(shè)備通過5芯電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè) 備連接；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器通過2芯電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
所述標(biāo)定設(shè)備包括標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器處理和采集電路、測量負(fù)荷傳感器處理和采集電路、 角位移處理和采集電路，它們均與CPU輸入端連接，CPU輸出端分別與負(fù)荷傳感器變換和輸 出電路以及位移傳感器變換和輸出電路連接，同時(shí)CPU還與485接口電路雙向通信。
所述標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器處理和采集電路包括依次連接的電壓/電路變換和保護(hù)電路、低通濾 波器、A/D轉(zhuǎn)換器，其中電壓/電路變換和保護(hù)電路輸入端與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器連接，A/D轉(zhuǎn)換 器輸出端則與CPU輸入端連接。
所述測量負(fù)荷傳感器處理和采集電路包括依次連接的模擬加法器、放大電路、低通濾波 器、A/D轉(zhuǎn)換器，其中放大電路輸入端與負(fù)荷傳感器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與CPU輸入端連 接。
角位移處理和采集電路包括依次連接的角位移傳感器角度/電壓變換電路、低通濾波器和 A/D轉(zhuǎn)換器，其中A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與CPU的輸入端連接。
所述負(fù)荷傳感器變換和輸出電路包括D/A轉(zhuǎn)換器，它包括一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器和 電壓/電流變換電路，其中D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與CPU的輸出端連接，電壓/電流變換電路輸 出4-20mA的負(fù)荷輸出；
所述位移傳感器變換和輸出電路包括另一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器、電壓/電流變換電 路，其中電壓/電流變換電路輸出4-20mA的位移輸出。
本實(shí)用新型的標(biāo)定方法步驟為，
a. 標(biāo)定時(shí)，在抽油機(jī)光桿上安裝一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器，其輸出為4-20mA的形式接入數(shù)據(jù) 采集設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷輸入端；
b. 標(biāo)定設(shè)備中，在橫梁式負(fù)荷傳感器電橋的信號(hào)輸出端，用模擬加法器加入一個(gè)300mV 正電壓，然后經(jīng)過放大、濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換電路，它會(huì)在抽油機(jī)的一個(gè)沖程即一個(gè)周期內(nèi)， 形成一個(gè)變化的數(shù)字信號(hào)輸入CPU;
c. 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器信號(hào)在電流-電壓變換后，經(jīng)濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，也輸出一個(gè)沖程 內(nèi)變化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入CPU;
d. CPU在l-2個(gè)沖程內(nèi)建立準(zhǔn)負(fù)荷傳感器和橫梁式負(fù)荷傳感器的對應(yīng)關(guān)系，方法為兩 臺(tái)負(fù)荷傳感器根據(jù)精度要求，在一個(gè)沖程內(nèi)各采集128個(gè)或256個(gè)或更多的數(shù)據(jù)，并在平面 座標(biāo)內(nèi)形成一條曲線，存儲(chǔ)到EEPROM內(nèi)，這就完成了標(biāo)定；在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器拆除后，CPU 將所形成曲線相鄰的兩點(diǎn)之間視為線性區(qū)間，橫梁式負(fù)荷傳感器每采集到一個(gè)數(shù)據(jù)，要么落 到原來采集點(diǎn)上，要么落到127個(gè)或255個(gè)區(qū)間內(nèi)，然后，以線性計(jì)算出當(dāng)前光桿上的實(shí)際 負(fù)荷值，并通過D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓-電流變換電路，輸出對應(yīng)的電流值到數(shù)據(jù)采集設(shè)備；
e. 同時(shí)在標(biāo)定設(shè)備中，將角位移傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步的A/D變換、CPU處理和D/A變 換，使標(biāo)定后的負(fù)荷傳感器輸出與角位移傳感器輸出在時(shí)間上同步，實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。本實(shí)用 新型中測量負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)橫梁上，標(biāo)定設(shè)備安裝在抽油機(jī)橫梁的擺動(dòng)支點(diǎn)正上方， 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器安裝在驢頭的光桿上，標(biāo)定過程由CPU自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，標(biāo)定結(jié)束后，負(fù)荷的測量 由橫梁上的負(fù)荷傳感器完成，其精度與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器一致。標(biāo)定設(shè)備內(nèi)有角位移傳感器及 處理電路；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器變換和處理電路；測量負(fù)荷傳感器放大和處理電路，在測量負(fù)荷 傳感器的電橋輸出電路用模擬加法器加上300mV偏移電壓，確保線性度；有3路A/D轉(zhuǎn)換電 路，2路D/A轉(zhuǎn)換電路；有CPU; 485接口電路。為保證輸出到數(shù)據(jù)采集設(shè)備的負(fù)荷傳感器數(shù) 據(jù)和角位移傳感器同步，負(fù)荷和角位移傳感器均經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、CPU處理和D/A轉(zhuǎn)換過程。 負(fù)荷傳感器和角位移傳感器輸出信號(hào)也可通過485接口電路傳輸給數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
本實(shí)用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，作業(yè)時(shí)不需拆除負(fù)荷傳感器，更不會(huì) 損壞負(fù)荷傳感器，只有在作業(yè)時(shí)動(dòng)了抽油機(jī)橫梁才需要以標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器重新標(biāo)定一次，這 種情況通常5年左右才發(fā)生一次。因此，可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷傳感器長期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

圖1為本實(shí)用新型的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為標(biāo)定設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。
其中，l.標(biāo)定設(shè)備，101.電壓/電流變換和保護(hù)電路，102.低通濾波器，103.A/D轉(zhuǎn)換器， 104.放大電路,105.角位移傳感器,106.角度/電壓變換電路，肌CPU, 108.485接口電路, 109.D/A轉(zhuǎn)換器，110.電壓/電流變換電路，lll.模擬加法器，2.負(fù)荷傳感器，3.數(shù)據(jù)采集設(shè) 備，4.標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
圖1中，在抽油機(jī)橫梁上安裝一臺(tái)橫梁式負(fù)荷傳感器2,安裝的位置可在抽油機(jī)橫梁前 端(驢頭端)的下面、側(cè)面和上面，或后端(齒輪箱端)的下面、側(cè)面和上面，在抽油機(jī)橫 梁的擺動(dòng)支點(diǎn)正上方安裝一套標(biāo)定設(shè)備1,其方框圖如圖2所示，標(biāo)定設(shè)備l包括標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 傳感器處理和采集電路、測量負(fù)荷傳感器處理和采集電路、角位移處理和采集電路，它們與 CPU107輸入端連接，CPU107輸出端分別與負(fù)荷傳感器變換和輸出電路以及位移傳感器變換和 輸出電路連接，同時(shí)CPU107還與485接口電路108雙向通信。橫梁式負(fù)荷傳感器2型號(hào)為 BR-8;標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器4型號(hào)為BR-2;數(shù)據(jù)采集設(shè)備3型號(hào)為GN500。
所述標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器處理和采集電路包括依次連接的電壓/電路變換和保護(hù)電路101、低 通濾波器102、 A/D轉(zhuǎn)換器103,其中電壓/電路變換和保護(hù)電路101輸入端與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感 器4連接，A/D轉(zhuǎn)換器103輸出端則與CPU107輸入端連接。
所述測量負(fù)荷傳感器處理和采集電路包括依次連接的模擬加法器lll、放大電路104、低 通濾波器102、 A/D轉(zhuǎn)換器103，其中放大電路104輸入端與負(fù)荷傳感器2連接，A/D轉(zhuǎn)換器 103輸出端與CPU107輸入端連接。
所述角位移處理和采集電路包括依次連接的角位移傳感器105、角度/電壓變換電路106、 低通濾波器102和A/D轉(zhuǎn)換器103,其中A/D轉(zhuǎn)換器103輸出端與CPU107的輸入端連接。
所述負(fù)荷傳感器變換和輸出電路包括一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器109和電壓/電流變換電 路IIO,其中D/A轉(zhuǎn)換器109的輸入端與CPU107的輸出端連接，電壓/電流變換電路110輸 出4-20raA的負(fù)荷輸出；
所述位移傳感器變換和輸出電路包括另一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器109、電壓/電流變換 電路110,其中電壓/電流變換電路110輸出4-20mA的位移輸出。
485接口電路108用于將負(fù)荷和位移同時(shí)輸出給有485接口的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
標(biāo)定設(shè)備1通過一根5芯電纜接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備3， 5芯電纜分別為+24V、地、負(fù)荷輸出 和位移輸出(這兩芯也可以485形式輸出)、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷輸入；
標(biāo)定設(shè)備1用一根4芯電纜與負(fù)荷傳感器2連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備3用一根2芯電纜與標(biāo) 準(zhǔn)負(fù)荷傳感器4連接。
本實(shí)用新型的標(biāo)定方法為
標(biāo)定時(shí)，在光桿上安裝一臺(tái)開口式標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器，其輸出為4-20mA的形式接入數(shù)據(jù)采 集設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷輸入端。標(biāo)定設(shè)備中，在測量負(fù)荷傳感器電橋的信號(hào)輸出端，用模擬加法 電路加入一個(gè)正電壓(300mV，以免測量負(fù)荷傳感器安裝不當(dāng)時(shí)輸出負(fù)電壓而破壞線性),然 后經(jīng)過放大、濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換電路，它會(huì)在抽油機(jī)的一個(gè)沖程(一個(gè)周期)內(nèi)，形成一 個(gè)變化的數(shù)字信號(hào)輸入CPU;標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器也會(huì)在電流-電壓變換后，經(jīng)濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn) 換器，也會(huì)輸出一個(gè)沖程內(nèi)變化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入CPU, CPU將在l-2個(gè)沖程內(nèi)迅速建立兩者的 對應(yīng)關(guān)系，建立方法如下兩臺(tái)負(fù)荷傳感器根據(jù)精度要求，可在一個(gè)沖程內(nèi)各采集128個(gè)或 256個(gè)或更多的數(shù)據(jù)，并在平面座標(biāo)內(nèi)形成一條曲線，存儲(chǔ)到EEPROM內(nèi)，這就完成了標(biāo)定， 在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器拆除后，CPU將所形成曲線相鄰的兩點(diǎn)之間視為線性區(qū)間，橫梁式負(fù)荷傳 感器每采集到一個(gè)數(shù)據(jù)，要么落到原來采集點(diǎn)上，要么落到127個(gè)或255個(gè)區(qū)間內(nèi)，然后， 以線性計(jì)算出當(dāng)前光桿上的實(shí)際負(fù)荷值，并通過D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓-電流變換電路，輸出對 應(yīng)的電流值到數(shù)據(jù)采集設(shè)備。經(jīng)過標(biāo)定后，在抽油機(jī)橫梁不拆裝的情況下，標(biāo)定設(shè)備依據(jù)橫 梁負(fù)荷傳感器測出的值，輸出實(shí)際負(fù)荷的對應(yīng)電流值。
由于A/D轉(zhuǎn)換、CPU處理和D/A轉(zhuǎn)換均需要時(shí)間，如果角位移傳感器不作相應(yīng)的處理， 與負(fù)荷傳感器輸出就有時(shí)間差，使作出的示功圖變形。因此，在標(biāo)定設(shè)備中，將角位移傳感 器的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步的A/D變換、CPU處理和D/A變換，使標(biāo)定后的負(fù)荷傳感器輸出與角位移 傳感器輸出在時(shí)間上同步，實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。
本實(shí)用新型未詳述內(nèi)容均為公知技術(shù)，不再贅述。
權(quán)利要求1.一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是它包括橫梁式負(fù)荷傳感器、標(biāo)定設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其中橫梁式負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)橫梁上，它通過電纜與標(biāo)定設(shè)備連接；標(biāo)定設(shè)備安裝在抽油機(jī)橫梁的擺動(dòng)支點(diǎn)正上方，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)驢頭的光桿上，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述負(fù)荷傳感 器安裝的位置可在抽油機(jī)橫梁前端即驢頭端的下面或側(cè)面或上面；也可安裝在抽油機(jī)橫梁后 端的下面或側(cè)面或上面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述負(fù)荷傳感 器通過4芯電纜與負(fù)荷傳感器連接；標(biāo)定設(shè)備通過5芯電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 傳感器通過2芯電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述標(biāo)定設(shè)備 包括標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器處理和采集電路、測量負(fù)荷傳感器處理和采集電路、角位移處理和采集 電路，它們均與CPU輸入端連接，CPU輸出端分別與負(fù)荷傳感器變換和輸出電路以及位移傳感器變換和輸出電路連接，同時(shí)CPU還與485接口電路雙向通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 傳感器處理和采集電路包括依次連接的電壓/電路變換和保護(hù)電路、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器， 其中電壓/電路變換和保護(hù)電路輸入端與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端則與CPU輸入端連接o
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述測量負(fù)荷 傳感器處理和采集電路包括依次連接的模擬加法器、放大電路、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器， 其中放大電路輸入端與負(fù)荷傳感器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與CPU輸入端連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是角位移處理和 采集電路包括依次連接的角位移傳感器角度/電壓變換電路、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，其中 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與CPU的輸入端連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述負(fù)荷傳感 器變換和輸出電路包括D/A轉(zhuǎn)換器,它包括一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器和電壓/電流變換電路， 其中D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端與CPU的輸出端連接，電壓/電流變換電路輸出4-20mA的負(fù)荷輸出；所述位移傳感器變換和輸出電路包括另一路依次連接的D/A轉(zhuǎn)換器、電壓/電流變換電 路，其中電壓/電流變換電路輸出4-20mA的位移輸出。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)。它針對現(xiàn)有油田抽油機(jī)示功圖測量系統(tǒng)受作業(yè)影響和橫梁式負(fù)荷傳感器測量精度差的問題，提供一種橫梁式抽油機(jī)負(fù)荷傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及其標(biāo)定方法，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷傳感器長期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。其結(jié)構(gòu)為它包括負(fù)荷傳感器、標(biāo)定設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其中負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)橫梁上，它通過電纜與標(biāo)定設(shè)備連接；標(biāo)定設(shè)備安裝在抽油機(jī)橫梁的擺動(dòng)支點(diǎn)正上方，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷傳感器安裝在抽油機(jī)驢頭的光桿上，它通過電纜與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接。
文檔編號(hào)E21B43/00GK201184835SQ20082002073
公開日2009年1月21日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者民 余, 盧祥明 申請人:濟(jì)南新吉納遠(yuǎn)程測控有限公司