專利名稱：抽油機功率手持測試儀及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能功率測量儀表，確切地說它是一種抽油機功率手持測試儀。
背景技術(shù)：
目前，油田生產(chǎn)的舉升方式包括抽油機、螺桿泵、電泵等，其中游梁式抽油機是油 田生產(chǎn)的主要設(shè)備，也是主要的電能消耗源之一，同時其利用效率很低，一般在30%左右， 甚至更低。在游梁式抽油機的工作過程中，直接影響到其效能是抽油機的平衡。使游梁式 抽油機處于平衡狀態(tài)運行，既可延長抽油機和電動機的使用壽命，又可節(jié)約大量電能。當前，判斷抽油機平衡度的常規(guī)方法是電流法，即利用鉗形電流表測出電動機在 上下沖程中的電流峰值，，用兩者中的小者比大者，其比值作為平衡率，若比值>85%，則 認為抽油機平衡。這種抽油機平衡測試方法判斷抽油機的平衡度合格，有些情況下不能保 證抽油機一定處于耗電最省的狀態(tài)，甚至是多耗電，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是1.某些 嚴重不平衡的油井，其下沖程(或上沖程)測得的最大電流是發(fā)電電流，但鉗形電流表測得 的這一最大電流因無法判斷相位而不能判斷其是發(fā)電電流還是輸入電流，在這種狀態(tài)下用 電流法測試評價的平衡度數(shù)值是合格的，但實際上是嚴重的不平衡。2.電流法是一種粗略 的估計方法，誤差較大，它沒有考慮電流在整個上下沖程的變化情況，更沒有考慮功率在上 下沖程中的變化情況。在實際操作中，由于在上下沖程中電流峰值所占的時間幅度窄，以及 抽油機這種交變載荷導(dǎo)致電流持續(xù)不斷變動等因素的影響，測試人員僅靠目測時值很難讀 取準確的數(shù)值。3.電流法從理論和實際操作上都存在著很大的缺陷，準確性較差，存在假象 平衡的問題。另外由于近年來變頻控制系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于采油工程領(lǐng)域，而傳統(tǒng)電參數(shù)測 量儀表只能測試工頻，無法滿足變頻狀態(tài)下的測試，這導(dǎo)致使用變頻技術(shù)的抽油機功率難 以得到準確的測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種抽油機功率手持測試儀，采用功率 法測試抽油機平衡，解決了電流法測試抽油機平衡中出現(xiàn)的因無法判斷所測得的最大電流 相位而無法判斷其是發(fā)電電流還是輸入電流，導(dǎo)致測試結(jié)果中出現(xiàn)假象平衡的問題，同時 也提高了測試準確度。同時，霍爾傳感器技術(shù)還的應(yīng)用解決了現(xiàn)有的抽油機功率監(jiān)測儀無 法在變頻狀態(tài)下對各項電參數(shù)的準確測量。本發(fā)明的抽油機功率手持測試儀，是在測試儀本體的一端設(shè)有鉗形口，在測試儀 本體與鉗形口的連接處設(shè)有扳機，在測試儀本體上設(shè)有顯示屏、按鍵、USB接口和電源輸入 插口，在測試儀內(nèi)設(shè)有SD數(shù)據(jù)存儲卡和電路系統(tǒng)。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的電路系統(tǒng)是由電流感應(yīng)模塊，電流信號調(diào)整模 塊，電壓隔離模塊，電壓信號調(diào)整模塊，AD采集模塊，按鍵輸入模塊，液晶顯示模塊，大容量 存儲模塊和中央處理器構(gòu)成，電流感應(yīng)模塊經(jīng)電流信號調(diào)整模塊與AD采集模塊連接、電壓隔離模塊經(jīng)電壓信號調(diào)整模塊與AD采集模塊連接，AD采集模塊與中央處理器連接，液晶顯 示模塊、按鍵輸入模塊和大容量存儲模塊均與中央處理器連接。作為本發(fā) 明的進一步改進，電流感應(yīng)模塊中的霍爾傳感器插座P3連接鉗形表中 的霍爾傳感器，傳感器供電由V+進入，經(jīng)傳感器內(nèi)部由QK輸出，在輸出線路上串聯(lián)了電位 器R3，當有電流輸入時，鏈接在P3的霍爾傳感器感應(yīng)出電壓，經(jīng)P3的3，7腳的abc-和R3 的abc+輸出。作為本發(fā)明的進一步改進，電流感應(yīng)模塊的感應(yīng)信號經(jīng)U4的1，4腳進入U4，由7 腳輸出，通過R7電位器調(diào)節(jié)U4芯片的放大倍數(shù)，U4放大后的信號經(jīng)R18，C18的RC低通濾 波后去除高頻信號，信號由R18左側(cè)進入右側(cè)輸出，高頻信號經(jīng)C18上端流入C18下端，低 頻信號則繼續(xù)傳遞到U6A的3腳，再通過U6A電壓跟隨器增強輸出能力，信號由U6A的3腳 進入1腳輸出，C9、C10、C11、C13是電源濾波電容，高頻信號經(jīng)C10，C13流入大地，低頻信號 經(jīng)C9，Cll流入大地，為U4提供穩(wěn)定電源。作為本發(fā)明的進一步改進，放大的電流信號經(jīng)濾波進入R16，信號經(jīng)R16、R17、 C17、C12、U6B組成有源2階低通濾波和R19，C19組成的無源低通濾波系統(tǒng)對采集到的信 號進行3級低通濾波，進入AD采集模塊；C22，C20, C29, C21為電源濾波電容，高頻信號經(jīng) C22, C20流入大地，低頻信號經(jīng)C29，C21流入大地，為U6B提供電源。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的AD采集模塊，CPU采用的I2C總線是由數(shù)據(jù)線 SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線構(gòu)成。作為本發(fā)明的進一步改進，電壓采集是通過電壓隔離模塊實現(xiàn)的，E3，E4兩端的輸 入電壓經(jīng)RV11，RV12限流后，由Ll進行電壓采集隔離，Ll的4腳是偏置電壓輸入引腳，隔 離偏置后的電壓經(jīng)RV13、CV、R30、C31低通濾波后，進入電壓信號調(diào)整模塊。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的電壓信號調(diào)整模塊其信號由OP端進入，經(jīng) R401 R410調(diào)整電阻和內(nèi)部電路，中央處理器控制S0，Si, S2的高低電平自動調(diào)節(jié)輸入信 號至AD采集模塊。本發(fā)明的抽油機功率手持測試儀，是由電壓、電流、功率三個通道和微型單片機系 統(tǒng)組成，配有強大的測量和數(shù)據(jù)處理軟件，完成電壓、電流、有功功率、功率因素、視在功率、 無功功率、電能等參數(shù)的測量、計算和顯示。其使用方法是進行電能測試時，利用電流感應(yīng) 模塊、電流壓隔離模塊和大容量存儲模塊來調(diào)取實時時鐘和一些開機初始化的參數(shù)值(電 壓，電流，功率的系數(shù))，從平衡塊重心位于曲柄正上方(12點鐘位置)時開始記錄，測試各 項電能數(shù)據(jù)。通過內(nèi)部系統(tǒng)運算得出抽油機的功率曲線圖，可以明確顯示出抽油機是否有 做負功、反發(fā)電的情況出現(xiàn)，以此檢驗抽油機是否平衡。通過軟件讀取所測試的電能數(shù)據(jù)并 分析出抽油機的沖程周期和沖次，再根據(jù)平衡塊數(shù)、平衡塊單重及調(diào)整前的平衡半徑就可 以進行平衡分析，提出最優(yōu)平衡建議，進行平衡調(diào)整后的參數(shù)預(yù)測。本發(fā)明的優(yōu)點是
1、能夠準確測試、顯示并記錄抽油機的電壓、電流、系統(tǒng)頻率、有功功率、無功功率、 視在功率、功率因數(shù)、單位時間耗電量等電力參數(shù)，并用功率曲線法判定抽油機的工況平衡 度，反映真實工況，能直觀地顯示抽油機是否存在負功現(xiàn)象，給調(diào)整抽油機平衡度提供了可 靠依據(jù)；
2、克服傳統(tǒng)電參數(shù)測量儀表只能在工頻狀態(tài)下測試弊病，在變頻狀態(tài)下也能夠準確地測量出各項電力參數(shù)；
3、節(jié)約電能，利用配套的平衡仿真分析軟件讀取測試所得數(shù)據(jù)并分析出抽油機的沖程 周期和沖次，再根據(jù)平衡塊數(shù)量、單重及調(diào)整前的平衡半徑，對抽油機進行平衡分析，提出 最優(yōu)平衡建議，調(diào)整后消除了抽油機的負功現(xiàn)象，相對于電流平衡抽油機系統(tǒng)效率提高，大 大地節(jié)約了電能；
4、減少抽油機事故，延長其使用壽命，能確保抽油機在平衡狀況下工作，延長抽油機使 用壽命5年以上。本發(fā)明測試出的抽油機各項電能數(shù)據(jù)結(jié)果為抽油機的平衡調(diào)節(jié)提供了重要的依 據(jù)，根據(jù)軟件對抽油機進行平衡分析后提出的最優(yōu)平衡建議，對抽油機進行平衡調(diào)整，使抽 油機處于減速器的輸出扭矩最小、系統(tǒng)效率最高的狀態(tài)，消除抽油機的負功現(xiàn)象，可以有效 的達到保證抽油機運行安全和節(jié)約電能的目的。經(jīng)現(xiàn)場試驗證明，用功率法消除負功，將抽 油機調(diào)整到平衡后，平均每臺抽油機日節(jié)電量可達9. 84 kff. h。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖； 圖2為本發(fā)明的電流感應(yīng)模塊電路；
圖3為本發(fā)明的電流信號調(diào)整模塊電路之一； 圖4為本發(fā)明的電流信號調(diào)整模塊電路之一； 圖5為有源低通濾波圖； 圖6為各種濾波的傳遞函數(shù)公式； 圖7為本發(fā)明的電壓隔離模塊電路圖； 圖8為本發(fā)明的電壓信號調(diào)整模塊電路圖； 圖9為內(nèi)部總體示意圖； 圖10為S0，Si, S2的選擇真值表； 圖11為本發(fā)明的M位AD采集模塊電路； 圖12為I2C總線傳輸數(shù)據(jù)過程圖； 圖13為本發(fā)明的液晶顯示模塊電路之一； 圖14為本發(fā)明的液晶顯示模塊電路之二 ； 圖15為本發(fā)明的大容量存儲模塊電路； 圖16為SPI設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過程圖； 圖17為本發(fā)明的中央處理器單元電路； 圖18為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖19為本發(fā)明的按鍵布局圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例闡述如下。圖1中1是電流感應(yīng)模塊，2是電壓隔離模塊，3是電流信號調(diào)整模塊，4是電壓信 號調(diào)整模塊，5是AD采集模塊，6是中央處理器，7是大容量存儲模塊，8是液晶顯示模塊，9 是按鍵輸入模塊。
其中，電壓采集是利用電壓隔離模塊，對抽油機電機的電壓進行采集，采用電壓隔 離模塊可以對信號進行隔離，避免電網(wǎng)和變頻器的不良信號對儀器的干擾。電壓隔離模塊 后端鏈接RC濾波電路經(jīng)，對信號進行濾波，去除高頻信號。濾波和電壓信號調(diào)整模塊后的 信號直接進入AD采集模塊，進行數(shù)據(jù)采集。電流采集是首先通過霍爾器件感應(yīng)電流信號，霍爾器件的優(yōu)點是，感應(yīng)速度快，有 隔離作用，頻率響應(yīng)范圍寬可以采集變頻信號。電流感應(yīng)模塊采用恒流恒壓供電。保證了 模塊的穩(wěn)定性和精確度。通過電流感應(yīng)模塊采集到的信號輸入到電流信號調(diào)整模塊，首先 感應(yīng)出的信號經(jīng)過儀表放大器進行差分放大，放大倍數(shù)通過電阻可調(diào)，經(jīng)一級RC濾波后， 有運算放大器進行信號跟隨，已提高信號的輸出能力，再經(jīng)運放組成的2階濾波進行信號 的濾波去除高頻信號。最后進入AD采集模塊進行信號采集。參數(shù)計算是通過采集濾波后的電壓電流信號進入AD采集模塊，中央處理器對數(shù) 字信號進行計算，計算出電壓、電流、有功功率、功率因素、視在功率、無功功率、電能等參 數(shù)。數(shù)據(jù)存儲則采用FAT16文件存儲系統(tǒng)，單次/連續(xù)記錄或讀數(shù)據(jù)，通過USB鏈接電 腦進行數(shù)據(jù)上傳分析。圖2中為本發(fā)明的電流感應(yīng)模塊，P3為霍爾傳感器插座，連接鉗形表中的霍爾傳 感器，本發(fā)明采用4引腳雙霍爾傳感器進行采集，可對電流型號進行相位補償。傳感器供電 由V+進入，經(jīng)傳感器內(nèi)部由QK輸出，但由于傳感器的個體差異性，采集的信號上下波形不 對稱，為此我們需要調(diào)節(jié)電位器R3電阻來調(diào)節(jié)雙傳感器內(nèi)部電阻使波形對稱。V+ (5V)供 正電壓，V-(-5V)供負電壓為霍爾傳感器提供恒定電流。D4為穩(wěn)壓芯片使R5兩端的電壓穩(wěn) 定在(1.25+5) V，這樣流過R5的電流1=6. 25V/R5，使霍爾傳感器工作在恒壓橫流狀態(tài)下， 從而提高霍爾傳感器的穩(wěn)定性和精度。R4控制流過三極管9013 (Ql)的電流，由V+提供 一個基極偏置電壓，控制Ql的發(fā)射極和集電極流過的電流，使Ql工作在開關(guān)狀態(tài)。當有電 流輸入時，鏈接在P3的霍爾傳感器感應(yīng)出電壓，經(jīng)P3的3，7腳(adc-)和R3的adc+輸出。 采集到的原始信號輸出到圖3中。圖3中，電流感應(yīng)模塊的感應(yīng)信號經(jīng)U4的1，4腳(adc-，adc+)進入U4，由7腳輸 出，傳感器感應(yīng)到的電流信號很微弱，需要經(jīng)過放大濾波才能進行計算，所以首先要放大信 號。通過R7電位器調(diào)節(jié)U4芯片的放大倍數(shù)，使感應(yīng)信號放大到規(guī)定的范圍內(nèi)(+1. 5V -1. 5V 之間)。由于AD采集模塊只能采集(T3.3V的電壓，所以要給信號一個偏置電壓，提升采集 信號電壓，使采集到的信號在可采集范圍內(nèi)((T+3.3V)。U4放大后的信號經(jīng)R18，C18的RC 低通濾波后去除高頻信號，信號由R18左側(cè)進入右側(cè)輸出，高頻信號經(jīng)C18上端流入C18下 端流入大地，而低頻信號則繼續(xù)傳遞到U6A的3腳。再通過U6A電壓跟隨器增強輸出能力。 信號由U6A的3腳進入1腳輸出。C9、CIO、ClU C13電源濾波電容，去除電源噪聲，高頻信 號經(jīng)C10，C13流入大地，低頻信號經(jīng)C9，Cl 1流入大地，為U4提供穩(wěn)定，低噪聲的電源供電。 圖3信號輸出到圖4。圖4中，由圖3放大的電流信號經(jīng)濾波進入圖4的R16，信號經(jīng)R16、R17、C17、 C12、U6B組成有源2階低通濾波(有源低通濾波見圖5)和R19，C19組成的無源低通濾 波系統(tǒng)對采集到的信號進行3級低通濾波，進入AD采集模塊，從而提高儀器的精確度。 C22, C20, C29, C21為電源濾波電容，高頻信號經(jīng)C22，C20流入大地，低頻信號經(jīng)C29，C21流入大地，為U6B提供穩(wěn)定，低噪聲的電源供電。信號進入圖11進行AD采集。圖6中，G (s)為濾波器的傳遞函數(shù)，c ( ω )為濾波器的幅頻特性，GO為濾波器的 通帶增益或零頻增益，《c為一階濾波器的截止角頻率，ωη為二階濾波器的自然角頻率， ω0為帶通或帶阻濾波器的中心頻率，ε為2階濾波器的阻尼系數(shù)。電壓采集過程圖7為電壓隔離模塊，Ε3，Ε4兩端的輸入電壓經(jīng)RV11，RV12限流 后，限流的最大電流為U/RV11+RV12(U為E3，E4兩端的輸入電壓)由Ll進行電壓采集隔離， 由于采集的信號是交流電(Γ士400V的電壓，而本系統(tǒng)只能采集正電壓，所以需要為信號加 一個偏置電壓，是采集到的信號變成正電壓，圖中Ll的4腳就是偏置電壓輸入引腳。隔離 偏置后的電壓經(jīng)欣13、(^、1 30工31低通濾波后，進入電壓信號調(diào)整模塊圖8。圖8為電壓信號調(diào)整模塊，信號由OP端進入，經(jīng)R401至R410調(diào)整電阻和內(nèi)部電 路，根據(jù)輸入信號的大小，中央處理器控制so，Si, S2的高低電平自動調(diào)節(jié)輸入信號大小， 經(jīng)調(diào)節(jié)后的信號并進入AD采集模塊圖11。圖9為內(nèi)部總體示意圖，圖10為SO，Si, S2的選 擇真值表。圖11為M位AD采集模塊，CPU采用I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的 串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳 送速率IOOlAps.各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就想電話機一樣只有撥通各自 的號碼才能工作，所以每個電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上 并接的每一塊模塊的電路既是主控器(或被控器)，又是發(fā)送器(或接收器)這取決于它所要 完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需 要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別(如對比度、亮度等)及需要調(diào)整 的量，這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。圖12為I2C總線傳輸數(shù)據(jù)過程圖，I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 他們分別是開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。開始信號SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，發(fā)出數(shù)據(jù)開始傳輸信號。結(jié)束信號SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束信號。應(yīng)答信號接收數(shù)據(jù)的I2C在接收到Sbit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的I2C發(fā)出特定的 低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng) 答信號(0)，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收 到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。本采集系統(tǒng)經(jīng)濾波放大后的電壓和電流信號由 管腳1，2進入AD采集模塊，把模擬信號變成數(shù)字信號，由I2C總線讀出數(shù)字信號供中央處 理器計算使用。XT2，CM，C25構(gòu)成外部晶振電路，為芯片提供工作時鐘。CR2032為備用電 池。本采集模塊使用I2C總線，SCL為時鐘線，SDA為數(shù)據(jù)線。R20，R21為上拉電阻，挺高 I2C的驅(qū)動能力。+3. 3V電壓從網(wǎng)絡(luò)標號H0ST3. 3V進入。流進U5的12，13腳。二極管具 有單向?qū)ㄐ?，在圖中電流只能從A端流入K端，所以二極管Dl，D2防止Bl電池中的電流 流入H0ST3. 3V，從而起到備用電池作用。當H0ST3. 3V沒有電壓時，Bl會為U5提供電壓，保 持U5中的設(shè)置參數(shù)。圖13和圖14為本發(fā)明的液晶顯示模塊電路，U8為負壓升壓芯片，為液晶提供工 作電壓。P4為液晶排針，與中央處理器鏈接，進行顯示。當不需要顯示時控制Q2的LEDEN 引腳為低電平時使Q2斷開，H0ST3. 3V不能流入液晶的7,8, 9，10，19，28，34引腳液晶將不工作，同時控制U8的4腳為低電平，使負壓升壓芯片斷電，進入節(jié)電模式。圖15為大容量存儲模塊。采用SD卡存儲數(shù)據(jù)，SDDT引腳可檢測卡槽是否有SD 卡，當卡槽內(nèi)有SD卡時，SD-CARD的10腳被連接到，10腳位低電平，所以SDDT檢測引腳的 電壓為0，如果卡槽內(nèi)沒有SD卡，SDDT引腳為高電平，也液晶顯示無存儲卡。不需要存儲數(shù) 據(jù)時，可通過Q6使SD卡斷電，從而節(jié)電。采用SPI總線，SPI的通信遠離很簡單，它以主從 方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少4根線，事實上3根 也可以(用于單向傳輸時，也就是半雙工方式)。也是基于SPI的設(shè)備共有的，它們是MISO (數(shù)據(jù)輸入)，MOSI (數(shù)據(jù)輸出)，SCK (時鐘)，SDCS (片選)。(1) MOSI -主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；
(2)MISO -主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；
(3)SCK -時鐘信號，有主設(shè)備產(chǎn)生；
(4)SDCS -從設(shè)備使能信號，有主設(shè)備控制；
其中SDCS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有選信號為預(yù)先規(guī)定的使能信號時 (高電位或低電位)，對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設(shè)備成 為可能。接下來就是負責通訊的3根線了。通訊數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串 行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位地傳輸?shù)?。這就是SCK提供時鐘脈沖，MISO，MOSI則 基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過MOSI線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變，在 緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理，這樣，在至少 8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次)，就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。圖16為SPI設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過程圖。SCK信號線只由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制 信號線。同樣，在一個基于SPI的設(shè)備中，至少有一個主控設(shè)備。這樣傳輸?shù)奶攸c這樣的 傳輸方式有一個優(yōu)點，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù) 據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位地傳送，甚至允許暫停，因為SCK時鐘的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨 立，所以允許同時完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。圖17為中央處理器單元，主要接收按鍵信息，液晶顯示，測量參數(shù)的計算。采 用3. 3V電壓供電，XTl為晶振，本系統(tǒng)為8MHZ的CPU速度，可高速采集和計算。CPU的 2，3，4，5，32，33，34，83，96，98腳作為按鍵的檢測管腳，當有低電平時電流流入CPU時 觸發(fā)按鍵程序。CPU的47，48腳控制AD采集模塊，從而使模擬量變成數(shù)字量。CPU的 38 46，55，56，57，61，62，81，82作為液晶數(shù)據(jù)口發(fā)送顯示數(shù)據(jù)。CPU的64，65，66腳作為電 壓信號調(diào)整模塊控制腳，根據(jù)47，48腳的AD采集模塊采集到的數(shù)字信號，進行信號的調(diào)整。圖18為本發(fā)明的抽油機功率手持測試儀外觀布局圖，其各部件名稱如下
1-電流鉗口、2-板機、3- VIEW (查詢按鍵)、4-▲(上翻按鍵)、5-ESC(返回按鍵)、6-(左移按鍵)、7_ SAVE (保存按鍵)、8_ ▼(下翻按鍵)、9 _V(電壓輸入插孔)、10- COM(電壓 輸入插孔)、11- FN (測試按鍵)、12- ENTER、(確定按鍵)、13-(右移按鍵)、14-—-(刪除 按鍵)、15- POWER(電源按鍵)、16 -HOLD(保持按鍵)、17、IXD 顯示器、18-測試筆(紅、
黑)
圖19為本發(fā)明的抽油機功率手持測試儀按鍵布局圖，下表是各按鍵功能說明POWER按鍵一秒后開機HOLD在測量過程中按下此鍵，圖形保持當前狀態(tài)；再次按下此鍵后，圖形繼續(xù)刷新VIEW在進入文件列表界面后，按下此鍵進入圖形、數(shù)據(jù)查看界面；再次按下此鍵,在圖形和數(shù)據(jù)進行切換；按ESC鍵返回 文件列表界面ESC返回按鍵ENTER確定按鍵SAVE在輸入井名后，按此按鍵保存文件Fn在抽油機連續(xù)的“下死點”、“上死點”、“下死點”三個時刻按下此鍵,截取光桿一個運動周期測量抽油機平衡一刪除按鍵；(在主界面按下此鍵可以查看電參數(shù)瞬時值)A上翻按鍵▼下翻按鍵左移按鍵右移按鍵
使用抽油機功率手持測試儀的測量方法
1.在用儀器測量之前應(yīng)該首先確定抽油機電纜中電流的流向，以確定本儀器電流鉗 的卡法(在儀器上標有電流鉗的方向)，在主界面按β 鍵測量首界面。在此界面以ENTER 鍵切換電纜中的電流方向和電流鉗的關(guān)系。確定好電流鉗方向后，按下ESC鍵就保存當前 的結(jié)果并進入電參數(shù)曲線顯示界面進行測試。2.當抽油機下沖程死點的時候按下1 鍵，并在上沖程死點和下一次下沖程死點 的時候分別再次按下而鍵，此時一個周期的數(shù)據(jù)錄取結(jié)束。等待TW處所示的時間后，蜂鳴
器會發(fā)出聲音，測量結(jié)束。3.測量結(jié)束后，取下儀器，然后按下SAVE鍵就進入輸入井名的界面，輸入井名后 可保存當前的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.抽油機功率手持測試儀，其特征是在測試儀本體的一端設(shè)有鉗形口，在測試儀本體 與鉗形口的連接處設(shè)有扳機，在測試儀本體上設(shè)有顯示屏、按鍵、USB接口和電源輸入插口， 在測試儀內(nèi)設(shè)有SD數(shù)據(jù)存儲卡和電路系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于電路系統(tǒng)是由電流感應(yīng)模 塊，電流信號調(diào)整模塊，電壓隔離模塊，電壓信號調(diào)整模塊，AD采集模塊，按鍵輸入模塊，液 晶顯示模塊，大容量存儲模塊和中央處理器構(gòu)成，電流感應(yīng)模塊經(jīng)電流信號調(diào)整模塊與AD 采集模塊連接、電壓隔離模塊經(jīng)電壓信號調(diào)整模塊與AD采集模塊連接，AD采集模塊與中央 處理器連接，液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊和大容量存儲模塊均與中央處理器連接。
3.如權(quán)利要求2所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于電流感應(yīng)模塊中的霍爾傳 感器插座P3連接鉗形表中的霍爾傳感器，傳感器供電由V+進入，經(jīng)傳感器內(nèi)部由QK輸出， 在輸出線路上串聯(lián)了電位器R3，當有電流輸入時，鏈接在P3的霍爾傳感器感應(yīng)出電壓，經(jīng) P3的3，7腳的abc-和R3的abc+輸出。
4.如權(quán)利要求2所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于電流感應(yīng)模塊的感應(yīng)信號 經(jīng)U4的1，4腳進入U4，由7腳輸出，通過R7電位器調(diào)節(jié)U4芯片的放大倍數(shù)，U4放大后的 信號經(jīng)R18，C18的RC低通濾波后去除高頻信號，信號由R18左側(cè)進入右側(cè)輸出，高頻信號 經(jīng)C18上端流入C18下端，低頻信號則繼續(xù)傳遞到U6A的3腳，再通過U6A電壓跟隨器增強 輸出能力，信號由U6A的3腳進入1腳輸出，C9、C10、C11、C13是電源濾波電容，高頻信號經(jīng) CIO, C13流入大地，低頻信號經(jīng)C9，Cll流入大地，為U4提供穩(wěn)定電源。
5.如權(quán)利要求4所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于放大的電流信號經(jīng)濾波進 入R16，信號經(jīng)R16、R17、C17、C12、U6B組成有源2階低通濾波和R19，C19組成的無源低通 濾波系統(tǒng)對采集到的信號進行3級低通濾波，進入AD采集模塊；C22，C20, C29, C21為電源 濾波電容，高頻信號經(jīng)C22，C20流入大地，低頻信號經(jīng)C29，C21流入大地，為U6B提供電源。
6.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于所述的AD采 集模塊，CPU采用的I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于電壓采集是 通過電壓隔離模塊實現(xiàn)的，E3，E4兩端的輸入電壓經(jīng)RV11，RV12限流后，由Ll進行電壓采 集隔離，Ll的4腳是偏置電壓輸入引腳，隔離偏置后的電壓經(jīng)RV13、CV、R30、C31低通濾波 后，進入電壓信號調(diào)整模塊。
8.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的抽油機功率手持測試儀，其特征在于所述的電壓 信號調(diào)整模塊其信號由OP端進入，經(jīng)R401 R410調(diào)整電阻和內(nèi)部電路，中央處理器控制 SO, Si, S2的高低電平自動調(diào)節(jié)輸入信號至AD采集模塊。
9.抽油機功率手持測試儀的使用方法，是利用電流感應(yīng)模塊、電壓隔離模塊和大容量 存儲模塊來調(diào)取實時時鐘和一些開機初始化的參數(shù)值，從平衡塊重心位于曲柄正上方時開 始記錄，測試各項電能數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部系統(tǒng)運算得出抽油機的功率曲線圖，可以明確顯示出 抽油機是否有做負功、反發(fā)電的情況出現(xiàn)，以此檢驗抽油機是否平衡；通過軟件讀取所測試 的電能數(shù)據(jù)并分析出抽油機的沖程周期和沖次，再根據(jù)平衡塊數(shù)、平衡塊單重及調(diào)整前的 平衡半徑就可以進行平衡分析，提出最優(yōu)平衡建議，進行平衡調(diào)整后的參數(shù)預(yù)測。
全文摘要
本發(fā)明的抽油機功率手持測試儀涉及一種智能功率測量儀表，是在測試儀本體的一端設(shè)有鉗形口，在測試儀本體與鉗形口的連接處設(shè)有扳機，在測試儀本體上設(shè)有顯示屏、按鍵、USB接口和電源輸入插口，在測試儀內(nèi)設(shè)有SD數(shù)據(jù)存儲卡和電路系統(tǒng)。所述的電路系統(tǒng)，是電流感應(yīng)模塊經(jīng)電流信號調(diào)整模塊與AD采集模塊連接、電壓隔離模塊經(jīng)電壓信號調(diào)整模塊與AD采集模塊連接，AD采集模塊與中央處理器連接，液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊和大容量存儲模塊均與中央處理器連接。本發(fā)明能夠準確測試、顯示并記錄抽油機的電壓、電流、系統(tǒng)頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、單位時間耗電量等電力參數(shù)，并用功率曲線法判定抽油機的工況平衡度，反映真實工況，能直觀地顯示抽油機是否存在負功現(xiàn)象，給調(diào)整抽油機平衡度提供了可靠依據(jù)，減少抽油機事故，延長其使用壽命，能確保抽油機在平衡狀況下工作，延長抽油機使用壽命5年以上。
文檔編號G01R21/08GK102081117SQ20101058703
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉強, 張峰, 曲鑫, 朱少華, 楊玉振, 鄒春雷 申請人:大慶百米馬流體控制系統(tǒng)有限公司