一种无线功图测试终端的自动校准装置的制作方法

本实用新型涉及一种无线功图测试终端的自动校准装置，属于机电技术领域。

背景技术：

原油开采过程中，我国的多数原油是通过抽油机将原油采出地面的，而担任采出工作的抽油泵、抽油杆、抽油管，以及地下供液情况、出沙情况都是看不见摸不着的，而诊断是否有问题以及出现了什么问题的重要手段之一就是测试功图，功图是抽油机井悬点的载荷和相对位移数据在抽油机运行的一个周期内绘制的二维曲线，工程技术人员根据载荷的大小及变化和形状,能够推断抽油机井地面以下部分的工作状态，如果出现异常，工程技术人员能够据此判断问题的产生原因，并设计合理的解决方案。

随着数字化油田的推广和发展，无线功图终端得以大量应用，无线功图终端能够实时反映抽油机井的工作状况，无需人工上井操作，因此具有较大的应用优势。

无线功图终端作为一种计量器具，其载荷参数需要校准和定期检定，由于每口抽油机井都要安装一个无线功图测试终端，检定校准的工作量较大，而当前的手动检定操作存在操作繁琐、劳动强度大、速度慢、效率低的弊端，成为油田测试工作中的一大头疼问题。

荷校准和检定的要求是：加力装置对被校准无线功图终端施加设定的载荷值，比如0kN、30kN，60kN，90kN，120kN等，比对其实测载荷，计算其测试误差，检定的要求是其误差值是否超出所规定的范围；校准的要求是根据误差值，修正被校准无线功图终端的灵敏度和零点系数，从而达到测试结果准确、合格的目的。

技术实现要素：

为了克服现有方法与技术的不足,本实用新型提供一种无线功图测试终端的自动校准装置，具有校准简便，操作简单，自动存储记录的仪器。

一种无线功图测试终端的自动校准装置，控制台通过通讯端口、电缆驱动连接步进电机驱动器，步进电机驱动器通过电缆连接并控制步进电机，步进电机输出转矩，通过行星齿轮减速机、蜗轮蜗杆加力机构放大转矩，并驱动下螺柱做升降运动，蜗轮内螺纹驱动下螺柱，固定螺套的内螺纹及键限制下螺柱的转动，使之只能上下移动，安全载荷传感器、标准载荷传感器、下压头串联在一起，被校准无线功图终端安装在下压头与上压头之间；横梁、立柱被固定在一起，与上立柱、上压头共同限制了下压头、标准载荷传感器、安全载荷传感器及下螺柱的上行运动空间。

工作台面的下面连接支架，支架的底部连接可调地脚，工作台面的上面放置控制台，支架连接标准载荷二次仪表，横梁的中部连接上压柱，上压柱的顶端连接上压柱调节手轮，上压柱的下端连接上压头，上压头的下端连接下压头，下压头的下部连接标准载荷传感器，标准载荷传感器的下部连接安全载荷传感器，安全载荷传感器的下部连接下螺柱，下螺柱连接固定螺套，横梁的两侧分别连接立柱，立柱的下部连接支架，步进电机通过支架连接并支撑，步进电机的一端连接行星齿轮减速机，蜗轮蜗杆加力机构侧面连接行星齿轮减速机，步进电机连接步进电机驱动器，蜗轮蜗杆加力机构的上部连接固定螺套，安全行程传感器安装在蜗轮蜗杆加力机构的侧面。

控制台与标准载荷二次仪表、标准载荷传感器、安全载荷传感器、步进电机、步进电机驱动器及安全行程传感器连接；安全载荷传感器实时的采集蜗轮蜗杆加力装置的载荷，并将信号传送给控制台与实际载荷进行对比，如果两者的载荷差超出安全范围，则控制台立即终止驱动信号，停止蜗轮蜗杆加力装置。

安全行程传感器实时采集蜗轮蜗杆加力装置的行程，并将信号传送给控制台，控制台对比该行程信号与发送给步进电机驱动器的脉冲数，由于两者存在线性关系，一旦线性关系出现偏差，则立即终止对步进电机驱动器的脉冲，停止蜗轮蜗杆加力装置。

一种无线功图测试终端的自动校准装置，控制台控制加力装置产生载荷，加力装置对串联安装的标准载荷传感器、被校准无线功图终端施加载荷，两者所承受的载荷值相等，而标准载荷传感器、被校准无线功图终端所采集的载荷信号分别送入控制台进行处理。

控制台、加力装置、标准载荷传感器形成载荷闭环控制回路，控制台不断采集标准载荷传感器的实测载荷，并计算设定载荷与其实测载荷的差值，根据差值的大小与正负，驱动调整加力装置加载或减载，控制台再次采集标准载荷传感器的载荷信号，与设定载荷再次比对，如此不断循环直至设定载荷与标准载荷传感器的实测载荷相等，从而达到载荷设定的目的。

控制台通过计算机端口有线连接无线功图终端通讯模块，无线功图终端通讯模块无线连接被校准无线功图终端，从而实现控制台对被校准无线功图终端的载荷信号采集和灵敏度及零点等参数的设定。

当加力装置所产生的载荷达到载荷设定值时，控制台采集被校准无线功图终端的载荷信号，从而实现校准无线功图终端的校准和检定。

为了安全的目的，系统中与标准载荷传感器、被校准无线功图终端串联安装的还有一个安全载荷传感器，控制台以有线方式采集其载荷值，控制台分别比三者的载荷值，如果某个传感器或被校准无线功图终端出现故障而导致载荷值出现异常，控制台可立即停止驱动加力装置并采取其它合理的安全措施。

控制台通过驱动步进电机驱动器，驱动步进电机，步进电机通过行星齿轮减速机、蜗轮蜗杆加力机构施加载荷，并累加驱动位置参数，步进电机通过驱动器反馈向控制台反馈其位置参数。

加力装置上同时安装有安全行程传感器，用于测试系统工作台的高低位置，控制台以有线方式直接采集其行程信号，此信号与驱动位置参数、反馈位置参数有对应关系，如果出现参数异常，控制台可立即停止驱动加力装置并采取其它合理的安全措施。

标准载荷传感器也需要周期检定，为了方便检定，标准载荷传感器通过二次仪表与控制台连接，标准载荷传感器与二次仪表之间传输模拟信号，二次仪表与控制台之间传输数字信号，这样当检定时，直接送检标准载荷传感器和二次仪表即可，而不必检定整个系统。

一种无线功图测试终端的自动校准装置，在结构实施上，工作台面的下面连接支架，支架的底部连接可调地脚，工作台面的上面放置控制台，支架连接标准载荷二次仪表，横梁的中部连接上压柱，上压柱的顶端连接上压柱调节手轮，上压柱的下端连接上压头，上压头的下端连接下压头，下压头的下部连接标准载荷传感器，标准载荷传感器的下部连接安全载荷传感器，安全载荷传感器的下部连接下螺柱，下螺柱连接固定螺套，横梁的两侧分别连接立柱，立柱的下部连接支架，步进电机通过支架连接并支撑，步进电机的一端连接行星齿轮减速机，蜗轮蜗杆加力机构侧面连接行星齿轮减速机，步进电机连接步进电机驱动器，蜗轮蜗杆加力机构的上部连接固定螺套，安全行程传感器安装在蜗轮蜗杆加力机构的侧面。

控制台与标准载荷二次仪表、标准载荷传感器、安全载荷传感器、步进电机、步进电机驱动器及安全行程传感器连接。

安全载荷传感器实时的采集蜗轮蜗杆加力装置的载荷，并将信号传送给控制台与实际载荷进行对比，如果两者的载荷差超出安全范围，则控制台立即终止驱动信号，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用。

安全行程传感器实时采集蜗轮蜗杆加力装置的行程，并将信号传送给控制台，控制台对比该行程信号与发送给步进电机驱动器的脉冲数，由于两者存在线性关系，一旦线性关系出现偏差，则立即终止对步进电机驱动器的脉冲，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用。

一种无线功图测试终端的自动校准方法，还含有以下步骤；

将需要被校准的无线功图终端固定在上压头和下压头之间，控制台通过无线功图终端通讯模块自动和无线功图终端连接并读取校准信息，然后控制台发送脉冲给步进电机驱动器，并经过步进电机、减速机、加力装置给被校准的无线功图终端施加载荷；

在加力装置产生的载荷同时加载到标准载荷传感器和被校准的无线功图终端上，标准载荷传感器的载荷信号通过标准载荷二次仪表放大、调理、 A/D转换后传送给控制台，从而得到实际载荷，被校准的无线功图终端直接将载荷传送给控制台，从而得到当前载荷；控制台根据得到的实际载荷和当前载荷计算校准系数，并通过无线功图终端通讯模块回写给无线功图终端，从而实现了载荷校准；安全载荷传感器实时的采集蜗轮蜗杆加力装置的载荷，并将信号传送给控制台与实际载荷进行对比，如果两者的载荷差超出安全范围，则控制台立即终止驱动信号，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用；安全行程传感器实时采集蜗轮蜗杆加力装置的行程，并将信号传送给控制台，控制台对比该行程信号与发送给步进电机驱动器的脉冲数，由于两者存在线性关系，一旦线性关系出现偏差，则立即终止对步进电机驱动器的脉冲，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用。

本实用新型的优点是：仪器可按照设定的量程和校正点自动进行校准，减轻工作量。仪器也可手动设定量程和校正点进行校准，达到精准控制。每一次的校准记录都自动保存，方便随时查阅。载荷和位移双重安全控制系统，保证系统的安全可靠。仪器结构简单，模块化设计，维修维护方便。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中：

图1为本实用新型的连接结构示意图。

图2为本实用新型的方法流程示意图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。

实施例1：如图1、图2所示，一种无线功图测试终端的自动校准装置，控制台20通过通讯端口、电缆驱动连接步进电机驱动器16，步进电机驱动器16通过电缆连接并控制步进电机18，步进电机18输出转矩，通过行星齿轮减速机17、蜗轮蜗杆加力机构11放大转矩，并驱动下螺柱8做升降运动(蜗轮内螺纹驱动下螺柱8，固定螺套9的内螺纹及键限制下螺柱8 的转动，使之只能上下移动)，安全载荷传感器7、标准载荷传感器6、下压头5串联在一起，被校准无线功图终端安装在下压头5与上压头4之间。

横梁2、立柱10等被固定在一起，与上立柱3、上压头4共同限制了下压头、标准载荷传感器6、安全载荷传感器7及下螺柱8的上行运动空间。

加载时，加力装置驱动下螺柱8、安全载荷传感器7、标准载荷传感器 6、下压头5以及被校准无线功图终端向上运动，顶到上压头4时，压力载荷随之产生，控制台通过通讯模块采集被校准无线功图终端所测载荷，同时通过二次仪表采集标准载荷传感器6的所测载荷，直接采集安装载荷传感器7的载荷，标准载荷传感器6的采集值与设定载荷比较用于调整驱动步进电机；与被校准无线功图终端的载荷值比较，用于被校准无线功图终端的校准与检定；与安全载荷传感器的载荷值比较，防止某个传感器出现故障而出现安全问题。

加力装置上安装由安全行程传感器12，行程信号通过电缆、端口送入控制台，与驱动位置参数、反馈位置参数比对，以确保系统安全。

实施例2：加力装置可以利用杠杆原理以横梁、支点、砝码的形式对载荷传感器加力，步进电机驱动砝码的加载和减载。

加力装置也可以以液压的方式实现，控制台驱动液压马达、液压缸对标准载荷传感器和被校准无线功图终端加载，使用液压传感器替代安全载荷传感器，同样可以实现加载、减载和安全的目的。

步进电机也可由伺服电机替代。

实施例2：如图1、图2所示，一种无线功图测试终端的自动校准装置，包括支架13、可调地脚14与工作台面19构成框架组件。

包括蜗轮蜗杆加力机构、立柱10、固定螺套9、下螺柱8、下压头5、上压头4、上压柱3及上压柱调节手轮1与横梁2构成加力装置。

包括步进电机驱动器16、步进电机18与步进电机18构成电机组件。

包括安全载荷传感器7、标准载荷传感器6、安全行程传感器12、标准载荷二次仪表1与控制台20构成控制组件。

控制台20包含无线功图终端通讯模块。

支架13下部连接可调地脚14，支架13中部连接蜗轮蜗杆加力机构11 和立柱10，蜗轮蜗杆加力机构11侧面连接行星齿轮减速机17，行星齿轮减速机17连接步进电机18，步进电机18连接步进电机驱动器16，

蜗轮蜗杆加力机构11上部连接固定螺套9，固定螺套9上部连接下螺柱8，下螺柱8连接安全载荷传感器7和标准载荷传感器6，标准载荷传感器6上部连接下压头5，

横梁2连接在立柱10上部，横梁2中部连接上压柱3，上压柱3上部连接上压柱调节手轮1，下部连接上压头4，

支架13上部连接工作台面19，工作台面19连接控制台20，控制台20 连接步进电机驱动器16和标准载荷二次仪表15。

本实用新型可自动和无线功图终端连接，方便的校准无线功图终端，并记录所有校准数据。

实施例3：如图1、图2所示，一种无线功图测试终端的自动校准方法，含有以下步骤：

将被校准的无线功图终端固定在上压头和下压头之间，控制台通过无线功图终端通讯模块和无线功图终端自动连接并读取校准信息，控制台发送脉冲给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器驱动伺服电机工作，伺服电机的输出经过减速机传递给蜗轮蜗杆加力机构，带动下压头上下移动，对被校准的无线功图终端施加载荷。

实施例4：一种无线功图测试终端的自动校准方法，还含有以下步骤：在加力装置产生的载荷同时加载到标准载荷传感器和被校准的无线功图终端上，标准载荷传感器的载荷信号通过标准载荷二次仪表放大、调理、A/D 转换后传送给控制台，从而得到实际载荷，被校准的无线功图终端直接将载荷传送给控制台，从而得到当前载荷。控制台根据得到的实际载荷和当前载荷计算校准系数，并通过无线功图终端通讯模块回写给无线功图终端，从而实现了载荷校准。

实施例5：一种无线功图测试终端的自动校准方法，含有以下步骤：安全载荷传感器实时的采集蜗轮蜗杆加力装置的载荷，并将信号传送给控制台与实际载荷进行对比，如果两者的载荷差超出安全范围，则控制台立即终止驱动信号，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用。

实施例6：一种无线功图测试终端的自动校准方法，还含有以下步骤：安全行程传感器实时采集蜗轮蜗杆加力装置的行程，并将信号传送给控制台，控制台对比该行程信号与发送给步进电机驱动器的脉冲数，由于两者存在线性关系，一旦线性关系出现偏差，则立即终止对步进电机驱动器的脉冲，停止蜗轮蜗杆加力装置，从而实现安全保护作用。

控制台以有线方式连接控制步进电机驱动器，驱动器驱动伺服电机，再通过行星齿轮减速机、蜗轮蜗杆加力机构，控制加力装置加载或减载。

实施例7：一种无线功图测试终端的自动校准装置的加力装置上，标准载荷传感器、被校准无线功图终端串行安装，其所受压力载荷大小相等。标准载荷传感器所感受的载荷信号以有线方式连接控制台；被校准无线功图终端以无线方式连接无线功图终端通讯模块，无线功图终端通讯模块以有线方式连接控制台。

控制台—步进电机控制器—步进电机—加力装置—标准载荷传感器—控制台，构成载荷闭环控制网络。

控制台根据载荷检定或校准的需要控制载荷的大小，同时对两路信号进行比对，从而可以检定被校准无线功图终端的载荷误差，也可以校准其误差。

与标准载荷传感器、被校准无线功图终端串联安装的还有一个安全载荷传感器，以有线方式连接控制台，参与载荷信号的比对，当任何一个载荷传感器出现故障时，可以被控制台立即识别并作出相应反应，从而避免事故的发生，达到安全的目的。

加力装置上还安装有安全行程传感器，用于测试加力装置的工作位置。另外，步进电机通过驱动器不断向控制台反馈位置信号，再加上控制器送往步进电机驱动器的主动控制信号，正常工作时，三者存在对应关系，当任何一路信号出现故障时，都能迅速被控制台识别并采取相应措施，从而达到安全目的。

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。