专利名称：一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田抽油机示功图的测量系统，由其涉及一种横梁式抽油机负荷传感器 标定系统。
背景技术：
计算和绘制油田抽油机示功图需要测出抽油机光杆的位移值和每一位移值对应的负荷 值。目前，横梁式抽油机负荷测量，直接测量光杆的拉力，这种测量方法准确。但是，由于 油井经常作业(维修，下同)，作业的过程中要把光杆拆除，作业人员不会把它作为一个精细 的设备，导致一方面在作业的过程中经常损坏，另一方面每次作业结束后，由于技术人员不 在场，不能及时恢复，这已经成为油井测控系统长期稳定运行的阻碍。近年来，人们通过抽 油机横梁的形变来测量负荷，但始终没有解决安装的一致性和数据的准确性，使这种方式不 能实际使用。本实用新型采用计算机、A/D、 D/A等技术及软件算法，依据标准负荷传感器对 横梁负荷传感器进行标定，解决了安装不便和数据不准的问题，实现了在橫梁上安装负荷传 感器进行示功图测量的目标。 发明内容
本实用新型针对现有油田抽油机示功图测量系统受作业影响和横梁式负荷传感器测量精 度差的问题，提供一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统及其标定方法，以实现负荷传感器 长期稳定运行的目标。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案
一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统，它包括横梁式负荷传感器、标定设备、标准负 荷传感器和数据采集设备，其中横梁式负荷传感器安装在抽油机横梁上，它通过电缆与标定 设备连接；标定设备安装在抽油机横梁的摆动支点正上方，它通过电缆与数据采集设备连接； 标准负荷传感器安装在抽油机驴头的光杆上，它通过电缆与数据采集设备连接。
所述负荷传感器安装的位置可在抽油机横梁前端即驴头端的下面或侧面或上面也可安 装在抽油机横梁后端的下面或侧面或上面。
所述负荷传感器通过4芯电缆与负荷传感器连接；标定设备通过5芯电缆与数据采集设 备连接；标准负荷传感器通过2芯电缆与数据采集设备连接。
所述标定设备包括标准负荷传感器处理和采集电路、测量负荷传感器处理和采集电路、 角位移处理和采集电路，它们均与CPU输入端连接，CPU输出端分别与负荷传感器变换和输 出电路以及位移传感器变换和输出电路连接，同时CPU还与485接口电路双向通信。
所述标准负荷传感器处理和采集电路包括依次连接的电压/电路变换和保护电路、低通滤 波器、A/D转换器，其中电压/电路变换和保护电路输入端与标准负荷传感器连接，A/D转换 器输出端则与CPU输入端连接。
所述测量负荷传感器处理和采集电路包括依次连接的模拟加法器、放大电路、低通滤波 器、A/D转换器，其中放大电路输入端与负荷传感器连接，A/D转换器输出端与CPU输入端连 接。
角位移处理和采集电路包括依次连接的角位移传感器角度/电压变换电路、低通滤波器和 A/D转换器，其中A/D转换器输出端与CPU的输入端连接。
所述负荷传感器变换和输出电路包括D/A转换器，它包括一路依次连接的D/A转换器和 电压/电流变换电路，其中D/A转换器的输入端与CPU的输出端连接，电压/电流变换电路输 出4-20mA的负荷输出；
所述位移传感器变换和输出电路包括另一路依次连接的D/A转换器、电压/电流变换电 路，其中电压/电流变换电路输出4-20mA的位移输出。
本实用新型的标定方法步骤为，
a. 标定时，在抽油机光杆上安装一台标准负荷传感器，其输出为4-20mA的形式接入数据 采集设备的标准负荷输入端；
b. 标定设备中，在橫梁式负荷传感器电桥的信号输出端，用模拟加法器加入一个300mV 正电压，然后经过放大、滤波后送入A/D转换电路，它会在抽油机的一个冲程即一个周期内， 形成一个变化的数字信号输入CPU;
c. 标准负荷传感器信号在电流-电压变换后，经滤波后进入A/D转换器，也输出一个冲程 内变化的数字信号进入CPU;
d. CPU在l-2个冲程内建立准负荷传感器和横梁式负荷传感器的对应关系，方法为两 台负荷传感器根据精度要求，在一个冲程内各采集128个或256个或更多的数据，并在平面 座标内形成一条曲线，存储到EEPROM内，这就完成了标定；在标准负荷传感器拆除后，CPU 将所形成曲线相邻的两点之间视为线性区间，横梁式负荷传感器每采集到一个数据，要么落 到原来采集点上，要么落到127个或255个区间内，然后，以线性计算出当前光杆上的实际 负荷值，并通过D/A转换电路和电压-电流变换电路，输出对应的电流值到数据采集设备；
e. 同时在标定设备中，将角位移传感器的数据进行同步的A/D变换、CPU处理和D/A变 换，使标定后的负荷传感器输出与角位移传感器输出在时间上同步，实现精确标定。本实用 新型中测量负荷传感器安装在抽油机横梁上，标定设备安装在抽油机横梁的摆动支点正上方， 标准负荷传感器安装在驴头的光杆上，标定过程由CPU自动实现，标定结束后，负荷的测量 由橫梁上的负荷传感器完成，其精度与标准负荷传感器一致。标定设备内有角位移传感器及 处理电路；标准负荷传感器变换和处理电路；测量负荷传感器放大和处理电路，在测量负荷 传感器的电桥输出电路用模拟加法器加上300mV偏移电压，确保线性度；有3路A/D转换电 路，2路D/A转换电路；有CPU; 485接口电路。为保证输出到数据采集设备的负荷传感器数 据和角位移传感器同步，负荷和角位移传感器均经过A/D转换、CPU处理和D/A转换过程。 负荷传感器和角位移传感器输出信号也可通过485接口电路传输给数据采集设备。
本实用新型的有益效果是结构简单，使用方便，作业时不需拆除负荷传感器，更不会 损坏负荷传感器，只有在作业时动了抽油机横梁才需要以标准负荷传感器重新标定一次，这 种情况通常5年左右才发生一次。因此，可实现负荷传感器长期稳定运行的目标。
图1为本实用新型的安装结构示意图； 图2为标定设备结构框图。
其中，l.标定设备，101.电压/电流变换和保护电路，102.低通滤波器，103.A/D转换器， 104.放大电路,105.角位移传感器,106.角度/电压变换电路，肌CPU, 108.485接口电路, 109.D/A转换器，110.电压/电流变换电路，lll.模拟加法器，2.负荷传感器，3.数据采集设 备，4.标准负荷传感器。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
图1中，在抽油机横梁上安装一台横梁式负荷传感器2,安装的位置可在抽油机横梁前 端(驴头端)的下面、侧面和上面，或后端(齿轮箱端)的下面、侧面和上面，在抽油机横 梁的摆动支点正上方安装一套标定设备1,其方框图如图2所示，标定设备l包括标准负荷 传感器处理和采集电路、测量负荷传感器处理和采集电路、角位移处理和采集电路，它们与 CPU107输入端连接，CPU107输出端分别与负荷传感器变换和输出电路以及位移传感器变换和 输出电路连接，同时CPU107还与485接口电路108双向通信。横梁式负荷传感器2型号为 BR-8;标准负荷传感器4型号为BR-2;数据采集设备3型号为GN500。
所述标准负荷传感器处理和采集电路包括依次连接的电压/电路变换和保护电路101、低 通滤波器102、 A/D转换器103,其中电压/电路变换和保护电路101输入端与标准负荷传感 器4连接，A/D转换器103输出端则与CPU107输入端连接。
所述测量负荷传感器处理和采集电路包括依次连接的模拟加法器lll、放大电路104、低 通滤波器102、 A/D转换器103，其中放大电路104输入端与负荷传感器2连接，A/D转换器 103输出端与CPU107输入端连接。
所述角位移处理和采集电路包括依次连接的角位移传感器105、角度/电压变换电路106、 低通滤波器102和A/D转换器103,其中A/D转换器103输出端与CPU107的输入端连接。
所述负荷传感器变换和输出电路包括一路依次连接的D/A转换器109和电压/电流变换电 路IIO,其中D/A转换器109的输入端与CPU107的输出端连接，电压/电流变换电路110输 出4-20raA的负荷输出；
所述位移传感器变换和输出电路包括另一路依次连接的D/A转换器109、电压/电流变换 电路110,其中电压/电流变换电路110输出4-20mA的位移输出。
485接口电路108用于将负荷和位移同时输出给有485接口的数据采集设备。
标定设备1通过一根5芯电缆接入数据采集设备3， 5芯电缆分别为+24V、地、负荷输出 和位移输出(这两芯也可以485形式输出)、标准负荷输入；
标定设备1用一根4芯电缆与负荷传感器2连接数据采集设备3用一根2芯电缆与标 准负荷传感器4连接。
本实用新型的标定方法为
标定时，在光杆上安装一台开口式标准负荷传感器，其输出为4-20mA的形式接入数据采 集设备的标准负荷输入端。标定设备中，在测量负荷传感器电桥的信号输出端，用模拟加法 电路加入一个正电压(300mV，以免测量负荷传感器安装不当时输出负电压而破坏线性),然 后经过放大、滤波后送入A/D转换电路，它会在抽油机的一个冲程(一个周期)内，形成一 个变化的数字信号输入CPU;标准负荷传感器也会在电流-电压变换后，经滤波后进入A/D转 换器，也会输出一个冲程内变化的数字信号进入CPU, CPU将在l-2个冲程内迅速建立两者的 对应关系，建立方法如下两台负荷传感器根据精度要求，可在一个冲程内各采集128个或 256个或更多的数据，并在平面座标内形成一条曲线，存储到EEPROM内，这就完成了标定， 在标准负荷传感器拆除后，CPU将所形成曲线相邻的两点之间视为线性区间，横梁式负荷传 感器每采集到一个数据，要么落到原来采集点上，要么落到127个或255个区间内，然后， 以线性计算出当前光杆上的实际负荷值，并通过D/A转换电路和电压-电流变换电路，输出对 应的电流值到数据采集设备。经过标定后，在抽油机横梁不拆装的情况下，标定设备依据横 梁负荷传感器测出的值，输出实际负荷的对应电流值。
由于A/D转换、CPU处理和D/A转换均需要时间，如果角位移传感器不作相应的处理， 与负荷传感器输出就有时间差，使作出的示功图变形。因此，在标定设备中，将角位移传感 器的数据进行同步的A/D变换、CPU处理和D/A变换，使标定后的负荷传感器输出与角位移 传感器输出在时间上同步，实现精确标定。
本实用新型未详述内容均为公知技术，不再赘述。
权利要求1.一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是它包括横梁式负荷传感器、标定设备、标准负荷传感器和数据采集设备，其中横梁式负荷传感器安装在抽油机横梁上，它通过电缆与标定设备连接；标定设备安装在抽油机横梁的摆动支点正上方，它通过电缆与数据采集设备连接；标准负荷传感器安装在抽油机驴头的光杆上，它通过电缆与数据采集设备连接。
2. 根据权利要求1所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述负荷传感 器安装的位置可在抽油机横梁前端即驴头端的下面或侧面或上面；也可安装在抽油机横梁后 端的下面或侧面或上面。
3. 根据权利要求l所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述负荷传感 器通过4芯电缆与负荷传感器连接；标定设备通过5芯电缆与数据采集设备连接；标准负荷 传感器通过2芯电缆与数据采集设备连接。
4. 根据权利要求l所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述标定设备 包括标准负荷传感器处理和采集电路、测量负荷传感器处理和采集电路、角位移处理和采集 电路，它们均与CPU输入端连接，CPU输出端分别与负荷传感器变换和输出电路以及位移传感器变换和输出电路连接，同时CPU还与485接口电路双向通信。
5. 根据权利要求4所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述标准负荷 传感器处理和采集电路包括依次连接的电压/电路变换和保护电路、低通滤波器、A/D转换器， 其中电压/电路变换和保护电路输入端与标准负荷传感器连接，A/D转换器输出端则与CPU输入端连接o
6. 根据权利要求4所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述测量负荷 传感器处理和采集电路包括依次连接的模拟加法器、放大电路、低通滤波器、A/D转换器， 其中放大电路输入端与负荷传感器连接，A/D转换器输出端与CPU输入端连接。
7. 根据权利要求4所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是角位移处理和 采集电路包括依次连接的角位移传感器角度/电压变换电路、低通滤波器和A/D转换器，其中 A/D转换器输出端与CPU的输入端连接。
8. 根据权利要求4所述的横梁式抽油机负荷传感器标定系统，其特征是所述负荷传感 器变换和输出电路包括D/A转换器,它包括一路依次连接的D/A转换器和电压/电流变换电路， 其中D/A转换器的输入端与CPU的输出端连接，电压/电流变换电路输出4-20mA的负荷输出；所述位移传感器变换和输出电路包括另一路依次连接的D/A转换器、电压/电流变换电 路，其中电压/电流变换电路输出4-20mA的位移输出。
专利摘要本实用新型公开了一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统。它针对现有油田抽油机示功图测量系统受作业影响和横梁式负荷传感器测量精度差的问题，提供一种横梁式抽油机负荷传感器标定系统及其标定方法，以实现负荷传感器长期稳定运行的目标。其结构为它包括负荷传感器、标定设备、标准负荷传感器和数据采集设备，其中负荷传感器安装在抽油机横梁上，它通过电缆与标定设备连接；标定设备安装在抽油机横梁的摆动支点正上方，它通过电缆与数据采集设备连接；标准负荷传感器安装在抽油机驴头的光杆上，它通过电缆与数据采集设备连接。
文档编号E21B43/00GK201184835SQ20082002073
公开日2009年1月21日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者民 余, 卢祥明 申请人:济南新吉纳远程测控有限公司