本實(shí)用新型涉及一種抽油機(jī)電功圖的測(cè)量裝置，適用于實(shí)時(shí)測(cè)量，屬于石油測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

示功圖是抽油機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中最直接的工況反映,通過(guò)它可以判斷整個(gè)抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、抽油泵的工作情況，示功圖可以反映出井下原油的開(kāi)采效率及抽油機(jī)的能耗情況。目前國(guó)內(nèi)大部分油田對(duì)抽油機(jī)示功圖的測(cè)試，采用的是將傳感器安裝在光桿上直接采集光桿的位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)的方法，載荷傳感器由于暴露在大氣中，并且承受交變載荷，容易發(fā)生損壞或失效，傳感器連接線也因?yàn)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，容易疲勞斷裂，導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或無(wú)法測(cè)量。針對(duì)該測(cè)量方法的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型是基于抽油機(jī)電功圖測(cè)量的裝置，通過(guò)對(duì)電功圖的測(cè)量從而間接得到示功圖，減少了對(duì)載荷的測(cè)量或運(yùn)動(dòng)電纜的測(cè)量，有效解決了載荷傳感器測(cè)量壽命短、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、電纜疲勞斷裂的缺點(diǎn)，使得測(cè)量結(jié)果可靠，使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了克服目前游梁式抽油機(jī)示功圖測(cè)試中測(cè)量元件易損壞、壽命短、電纜易疲勞斷裂問(wèn)題，提供一種抽油機(jī)電功圖的測(cè)量裝置，通過(guò)電功圖測(cè)量而實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量，具有測(cè)量可靠，壽命長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)，以彌補(bǔ)目前載荷傳感器疲勞損壞引起的測(cè)量不準(zhǔn)確的缺陷。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型一種抽油機(jī)電功圖測(cè)量裝置，主要由電壓整形變換電路、電流整形變換電路、鑒相電路、電壓信號(hào)濾波及放大電路、電流信號(hào)濾波及放大電路、脈寬測(cè)量電路、光電隔離開(kāi)關(guān)、上死點(diǎn)傳感器、模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、下死點(diǎn)傳感器、A/D采集電路、單片機(jī)、鍵盤及顯示器、通訊電路、存儲(chǔ)器、供電電路組成。所述電壓整形變換電路與電流整形變換電路的信號(hào)采集端口與電源的相線連接；電壓整形變換電路信號(hào)輸出端口與鑒相電路、電壓信號(hào)濾波及放大電路的信號(hào)采集端口相連接；電流整形變換電路的信號(hào)輸出端口與鑒相電路、電流信號(hào)濾波及放大電路的信號(hào)采集端口相連；電壓信號(hào)濾波 及放大電路與電流信號(hào)濾波及放大電路的信號(hào)輸出端口與模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的信號(hào)采集端口相連；模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸出端口與A/D采集電路的信號(hào)采集端口相連，鑒相電路的信號(hào)輸出端口與脈寬測(cè)量電路的信號(hào)采集端口相連；脈寬測(cè)量電路、光電隔離電路、A/D采集電路、鍵盤及顯示器、通訊電路、存儲(chǔ)器分別于單片機(jī)的輸入口與輸出口相連接。

所述電壓整形變換電路將電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的相電壓變換成低壓直流電壓并將其整形為正半周方波信號(hào)，電壓信號(hào)濾波及放大電路將相電壓變換的低壓直流電壓進(jìn)行濾波和信號(hào)放大處理，輸出供A/D采集的信號(hào)；電流整形變換電路將電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的相電流變換成低壓直流電壓并將其整形為正半周方波信號(hào)，電流信號(hào)濾波及放大電路將相電流變換的低壓直流電壓進(jìn)行濾波和信號(hào)放大處理，輸出供A/D采集的信號(hào)；模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將進(jìn)行了濾波和信號(hào)放大處理后的信號(hào)送入A/D采集電路，A/D采集電路將各相電壓、相電流信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)；鑒相電路是將相電壓與相電流整形后的方波信號(hào)的相位差變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，通過(guò)脈寬測(cè)量電路對(duì)方波信號(hào)高、低電平時(shí)間的測(cè)量，通過(guò)占空比的計(jì)算，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；上死點(diǎn)傳感器測(cè)量抽油機(jī)的上死點(diǎn)位置，下死點(diǎn)傳感器測(cè)量抽油機(jī)的下死點(diǎn)位置；通過(guò)光電隔離電路，消除外界的干擾；單片機(jī)將各相電壓、相電流、相位差、上死點(diǎn)位置、下死點(diǎn)位置進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和分析，輸出電功圖與位移相關(guān)的測(cè)量計(jì)算信息；鍵盤及顯示器輸入相關(guān)參數(shù)及顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖像，通訊電路用于數(shù)據(jù)傳輸及參數(shù)設(shè)置，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，供電電路用于給測(cè)量裝置供電。

電壓整形變換電路是通過(guò)電壓互感器將相電壓變換為低壓電源，一路變換成與相電壓成正比的低壓直流電壓，供電壓測(cè)量使用，另一路通過(guò)整形電路將正半周期交流信號(hào)整形成為方波信號(hào)；電流整形變換電路是通過(guò)電流互感器將相電流變換成電壓信號(hào)，一路變換成與相電流成正比的低壓直流電壓，供電流測(cè)量使用，另一路通過(guò)整形電路將正半周期交流信號(hào)整形成為方波信號(hào)；將整形的電壓和電流方波信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相電路處理，輸出兩個(gè)上升沿時(shí)間差的方波，通過(guò)脈寬測(cè)量電路測(cè)量該方波信號(hào)的占空比，可將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率因素，實(shí)現(xiàn)功率因素的測(cè)量；電壓、電流整形變換電路輸出的低壓直流信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波及放大電路后變換成可被A/D采集電路采集的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后，被分別送到A/D采集電路進(jìn)行定時(shí)采集，通過(guò)換算，可測(cè)得抽油機(jī)工作時(shí)的交流電壓與交流電流的大小，結(jié)合測(cè)量的功率因素可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)有用功率的大?。簧纤傈c(diǎn)傳感器是測(cè)量抽油機(jī)的上死點(diǎn)位置；下死點(diǎn)傳感器是測(cè)量抽油機(jī)的下死點(diǎn)位置；光電隔離電路是消除上下死點(diǎn)傳感器引入的干擾信號(hào)，同時(shí)起電壓變換作用，將傳感器信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)輸入信號(hào)；單片機(jī)將測(cè)量的相 電壓、相電流、功率因素、上死點(diǎn)、下死點(diǎn)的相關(guān)輸入信號(hào)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出電功率隨抽油機(jī)上下行程變化的封閉曲線，從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)電功圖的測(cè)量，鍵盤用于輸入相應(yīng)參數(shù)和修改設(shè)置的數(shù)據(jù)，顯示器用于顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)和曲線，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)設(shè)置的參數(shù)及需要大數(shù)據(jù)通訊時(shí)無(wú)法及時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的臨時(shí)存放；其它外設(shè)單元中通訊電路用于數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)設(shè)置等；供電電路用于給測(cè)量裝置供電，保障設(shè)備運(yùn)行的電源供應(yīng)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：1、無(wú)載荷傳感器，使測(cè)量更加準(zhǔn)確和可靠。2、測(cè)量中無(wú)可動(dòng)部件，測(cè)量裝置壽命長(zhǎng)，滿足抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求3、可利用實(shí)時(shí)測(cè)得的電功圖對(duì)抽油機(jī)的抽汲參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)提高抽油泵的充滿度，通過(guò)對(duì)抽油機(jī)變頻器的控制，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能，防止空抽。4、通過(guò)對(duì)電功圖的分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)抽油過(guò)程中的故障。5、安裝簡(jiǎn)單，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、方便的在線測(cè)量電功圖。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種抽油機(jī)電功圖測(cè)量裝置的示意圖。

圖中：1.電壓整形變換電路、2.電流整形變換電路、3.鑒相電路、4.電壓信號(hào)濾波及放大電路、5.電流信號(hào)濾波及放大電路、6.脈寬測(cè)量電路、7.光電隔離電路、8.上死點(diǎn)傳感器、9.模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、10.下死點(diǎn)傳感器、11.A/D采集電路、12.單片機(jī)、13.鍵盤及顯示器、14通訊電路、15.存儲(chǔ)器、16.供電電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種抽油機(jī)電功圖測(cè)量裝置，主要由電壓整形變換電路1、電流整形變換電路2、鑒相電路3、電壓信號(hào)濾波及放大電路4、電流信號(hào)濾波及放大電路5、脈寬測(cè)量電路6、光電隔離電路7、上死點(diǎn)傳感器8、模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9、下死點(diǎn)傳感器10、A/D采集電路11、單片機(jī)12、鍵盤及顯示器13、通訊電路14、存儲(chǔ)器15、供電電路16組成。所述電壓整形變換電路1與電流整形變換電路2的信號(hào)采集端口與電源的相線連接；電壓整形變換電路1信號(hào)輸出端口與鑒相電路3、電壓信號(hào)濾波及放大電路4的信號(hào)采集端口相連接；電流整形變換電路2的信號(hào)輸出端口與鑒相電路3、電流信號(hào)濾波及放大電路5的信號(hào)采集端口相連；電壓信號(hào)濾波及放大電路4與電流信號(hào)濾波及放大電路5的信號(hào)輸出 端口與模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9的信號(hào)采集端口相連；模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9的信號(hào)輸出端口與A/D采集電路11的信號(hào)采集端口相連，鑒相電路3的信號(hào)輸出端口與脈寬測(cè)量電路6的信號(hào)采集端口相連；脈寬測(cè)量電路6、光電隔離電路7、A/D采集電路11、鍵盤及顯示器13、通訊電路14、存儲(chǔ)器15分別于單片機(jī)12的輸入口與輸出口相連接。

所述電壓整形變換電路1將電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的相電壓變換成低壓直流電壓并將其整形為正半周方波信號(hào)，電壓信號(hào)濾波及放大電路4將相電壓變換的低壓直流電壓進(jìn)行濾波和信號(hào)放大處理，輸出供A/D采集電路11采集的信號(hào)；電流整形變換電路2將電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的相電流變換成低壓直流電壓并將其整形為正半周方波信號(hào)，電流信號(hào)濾波及放大電路5將相電流變換的低壓直流電壓進(jìn)行濾波和信號(hào)放大處理，輸出供A/D采集電路11采集的信號(hào)；模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9將進(jìn)行了濾波和信號(hào)放大處理后的信號(hào)送入A/D采集電路11，A/D采集電路11將各相電壓、相電流信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)；鑒相電路3是將相電壓與相電流整形后的方波信號(hào)的相位差變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，經(jīng)過(guò)脈寬測(cè)量電路6對(duì)方波信號(hào)高、低電平時(shí)間的測(cè)量，通過(guò)占空比的計(jì)算，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；上死點(diǎn)傳感器8測(cè)量抽油機(jī)的上死點(diǎn)位置，下死點(diǎn)傳感器10測(cè)量抽油機(jī)的下死點(diǎn)位置；通過(guò)光電隔離電路7，消除外界的干擾；單片機(jī)12將各相電壓、相電流、相位差、上死點(diǎn)位置、下死點(diǎn)位置進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和分析，輸出電功圖與位移相關(guān)的測(cè)量計(jì)算信息；鍵盤及顯示器13輸入相關(guān)參數(shù)及顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖像，通訊電路14用于數(shù)據(jù)傳輸及參數(shù)設(shè)置，存儲(chǔ)器15用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，供電電路16用于給測(cè)量裝置供電。

電壓整形變換電路1連接電源的三相電壓，工作時(shí)將相電壓變換成低壓直流電壓及正半周方波信號(hào)，該低壓直流電壓經(jīng)電壓信號(hào)濾波及放大電路4處理后，變?yōu)锳/D采集電路11可測(cè)量的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9切換到A/D采集電路11的輸入端，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后送進(jìn)單片機(jī)12進(jìn)行處理；電流整形變換電路2連接電源的三相電流，工作時(shí)將相電流變換成低壓直流電壓及正半周方波信號(hào)，該低壓直流電壓經(jīng)電流信號(hào)濾波及放大電路5處理后，變?yōu)锳/D采集電路11可測(cè)量的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)9切換到A/D采集電路11的輸入端，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后送進(jìn)單片機(jī)12進(jìn)行處理，鑒相電路3是將對(duì)應(yīng)的相電壓與相電流的正半周方波信號(hào)上升沿的時(shí)間差處理為方波，通過(guò)脈寬測(cè)量電路6測(cè)量出方波信號(hào)的占空比，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；上死點(diǎn)傳感器8測(cè)量上死點(diǎn)位置，下死點(diǎn)傳感器10測(cè)量下死點(diǎn)位置，經(jīng)過(guò)光電隔離電路7后轉(zhuǎn)換為單片機(jī)12所能接收的信號(hào)，上、下死點(diǎn)信號(hào)作為電功圖測(cè)試的參考點(diǎn)；單片機(jī)12將采集到的相電流、相電壓、功率因素、 上死點(diǎn)位置、下死點(diǎn)位置進(jìn)行處理計(jì)算，從而準(zhǔn)確得到每個(gè)沖次或多個(gè)沖次的電功圖數(shù)據(jù)，并將電功圖通過(guò)鍵盤及顯示器13中的顯示器顯示，或通過(guò)通訊電路14進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，鍵盤及顯示器13實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改及數(shù)據(jù)顯示，存儲(chǔ)器15用于存儲(chǔ)程序和采集的數(shù)據(jù)，供電電路16對(duì)整套裝置提供供電保障。

工作時(shí)，供電電路給整個(gè)測(cè)量裝置供電，整個(gè)測(cè)量裝置得電后開(kāi)始工作；電壓整形變換電路將三相電壓變換為低壓直流電壓，然后將低壓直流電壓進(jìn)行濾波和信號(hào)放大處理，變?yōu)锳/D采集電路可測(cè)量的信號(hào)，并將該信號(hào)通過(guò)模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送入A/D采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，電壓整形變換電路同時(shí)將正半周期交流信號(hào)整形成為正半周方波信號(hào)，并將該方波信號(hào)傳送給鑒相電路進(jìn)行處理；電流整形變換電路將三相電流變換成低壓直流電壓，然后將低壓直流電壓進(jìn)行濾波及信號(hào)放大處理，成為A/D采集電路可測(cè)量的信號(hào)，并將該信號(hào)通過(guò)模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送入A/D采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，電流整形變換電路同時(shí)將正半周期交流信號(hào)整形成為正半周方波信號(hào)，并將該方波信號(hào)傳送給鑒相電路進(jìn)行處理，鑒相電路把對(duì)應(yīng)相的電壓和電流整形后的方波信號(hào)進(jìn)行處理，輸出電壓與電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)相位差的方波信號(hào)，通過(guò)脈寬測(cè)量電路測(cè)量出該方波的占空比，從而求出電動(dòng)機(jī)的功率因素；單片機(jī)將測(cè)量到的相電壓、相電流值換算成實(shí)際的相電壓、相電流值的大小，將功率因素加入計(jì)算，可算出抽油機(jī)的有用功率；配合上死點(diǎn)傳感器和下死點(diǎn)傳感器的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)沖次的有用功率的準(zhǔn)確測(cè)量，通過(guò)通訊電路輸出一個(gè)沖次的電功圖，也可連續(xù)測(cè)試多個(gè)沖次的電功圖，通過(guò)鍵盤可進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的修改，使電功圖的測(cè)試曲線成為與示功圖相近似的曲線，該曲線參數(shù)可以通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示，也可通過(guò)通訊電路將其傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析，還可通過(guò)通訊方式控制抽油機(jī)的變頻器，實(shí)現(xiàn)沖次變頻調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳的節(jié)能控制。