本发明专利技术公开了一种数字化高精度示功图数据采集装置，属于采油工程领域中的油田抽油机电子示功图技术，该装置利用角度传感器获取游梁的旋转角度，再利用位移传感器获取光杆与悬绳器的相对位移，处理器利用旋转角度和相对位移的脉冲数进行计算并完成抽油机井示功图数据的采集，通过人机屏显示示功图或远程传送至网络绘制示功图。本发明专利技术采用新型示功图数据采集方式，针对游梁式抽油机的机械结构和工作原理，通过角度传感器采集游梁摆动角度并计算冲程，通过位移传感器采集光杆位移数据并计算载荷，由于冲程和载荷两个参数均为直接数字量，解决了现有传感器无法克服的室外露天温差干扰和冲击干扰，具有使用寿命长、成本低、抗干扰性能强等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种数字化高精度示功图数据采集装置
本专利技术属于采油工程领域中的油田抽油机电子示功技术，尤其涉及一种数字化高精度示功图数据采集装置。
技术介绍
示功图能够反映深井泵工作状况好坏，由专门的仪器测出，画在坐标图上，被封闭的线段所围成的面积表示驴头在一次往复运动中抽油机所做的功的图纸。分析和解释示功图，是直接了解深井泵工作状况好坏的一个主要手段，不但深井泵工作中的一切异常现象可以在示功图上比较直观的反映出来，而且，还可以结合有关资料，来分析判断油井工作制度是否合理，抽油设备与油层和原油性质是否适应，还可以通过“示功图法”对低产、低能井制定出合理的开关井时间，减少设备的磨损和电能的浪费等，因此，准确绘制示功图至关重要。抽油机井示功图的纵坐标表示光杆载荷，横坐标为光杆位移行程，柱塞在上下一个冲程中动力仪相应画出一个载荷与光杆位移的函数关系曲线，即示功图，可概括的认为是单位时间内深井泵活塞所作的功，即排液的多少。现有技术中，示功图图形的画法分为机械示功器和电子示功装置这两种画法，其中：机械示功器由于利用机械位移方法进行测量，必然带来机械式测量仪器的固有缺陷，如发动机示功图中感受缸内压力和反映活塞位移部分具有一定的质量(强度要求),而其弹簧刚度不能太大(灵敏度要求),致使它的自振频率很低，不适用于高速内燃机，只适用于低速机和部分中速机(如转速低于400r/min的内燃机)。目前，机械示功器在大型低速船用柴油机上被广泛用作随机测试仪表，供监控柴油机运转使用。电子示功装置参数采集方式分为压电式、电阻应变式，电容式三种压力传感器的采集方式，其中：抽油机示功图载荷的测量一般多采用压电式压力传感器，它是以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用具有压电效应的压电陶瓷材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，如加速度和压力。这类传感器存在如下缺点：1)易受外界干扰影响，振动对压电式传感器有显著的影响，尤其表现在小压力测量中。2)温度影响明显，灵敏度会随温度的增高而降低，温度升高而产生热膨胀，造成对晶体预紧力的改变，从而使传感器输出产生漂移。目前，油田抽油机上用的最先进的载荷位移一体机功图传感器采用压电陶瓷压力传感器，其缺点是：1)位移的测量原理是根据F＝ma先测量出已知物体质量的压力计算出加速度，加速度经二次积分后就是位移，位移的测量在抽油机的冲次低于2次/分时误差就很大；2)压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来，但是实际上并不是这样的，因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中，而抽油机的驴头在运动过程中上止点和下止点恰好处于瞬时静止状态，这时测量出来的载荷和位移误差就非常大；3)载荷传感器是用单片机做的，受其容量通信等各种因素的限制，功图图形纵横坐标数据的采集点数一般只能各在220～280个点之间，精细度不高，在测算产液量计算中测量精度一般只有70～80％之间，而且出一副示功图的时间在7～10分钟之间，实时性比较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种数字化高精度示功图数据采集装置，采用新型示功图数据采集方式，针对游梁式抽油机的机械结构和工作原理，通过角度传感器采集游梁摆动角度并计算位移，通过位移传感器采集光杆位移数据并计算载荷，由于载荷和位移两个参数均为直接数字量，克服了现有传感器的温差干扰和冲击干扰，具有使用寿命长、成本低、抗干扰性能强等优点。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一种数字化高精度示功图数据采集装置，安装在游梁式抽油机上，其特征在于，包括角度传感器和位移传感器，其中：所述角度传感器安装在游梁的安装轴上、且用于获取游梁的旋转角度，处理器基于旋转角度和弧长公式计算出光杆的行程；所述位移传感器安装在悬绳器上，且用于获取驴头上下运动时悬绳器与光杆在承重状态下的相对位移，处理器基于相对位移和胡克定律计算出光杆的载荷；处理器基于光杆的冲程和载荷数据完成抽油机井示功图数据的采集。优选的，所述安装轴可旋转的安装在机架上，所述机架的顶部安装有轴承套，安装轴的外部套设有与轴承套匹配的轴承，所述角度传感器安装在安装轴末端。优选的，所述悬绳器包括下负荷挂板、上负荷挂板和弹簧，其中：所述钢丝绳的中间端固定在游梁的驴头上，钢丝绳的另两端固定在下负荷挂板上；所述上负荷挂板通过弹簧可浮动的设置在下负荷挂板上；所述光杆的一端被卡瓦卡住悬持在上负荷挂板上，光杆的另一端依次穿过上负荷挂板和下负荷挂板、并与下面的抽油杆连接，位移传感器安装在上负荷挂板和卡瓦之间或上下负荷挂板之间。优选的，还包括安装在钢丝绳底部的限位头，所述限位头用于固定钢丝绳和下负荷挂板。优选的，还包括安装在光杆顶部的卡瓦，所述卡瓦用于将光杆卡住悬持在上负荷挂板上。优选的，所述下负荷挂板的中部设置有容纳光杆的下中孔，所述下负荷挂板的两侧设置有容纳钢丝绳的下侧孔。优选的，所述上负荷挂板的中部设置有容纳光杆的上中孔，所述上负荷挂板的两侧设置有容纳钢丝绳的上侧孔。优选的，所述下负荷挂板顶面和上负荷挂板的底面均设置有安装弹簧用的簧座。优选的，所述角度传感器包括旋转编码器。优选的，所述位移传感器包括拉线编码器。本专利技术的一种数字化高精度示功图数据采集装置具有以下有益效果：1)该采集装置中的载荷和位移两个参数均为直接数字量，克服了目前所用传感器不可抗拒的野外温差干扰和冲击干扰，使用寿命长、具有很强的抗干扰性能。2)该采集装置不仅精度高实时性强，而且出图快。通过简单选择编码器的脉冲数，便能提高示功图系统精度，一个冲程便可出图。3)该采集装置能够绘制高精细化的示功图形，通过程序简单的调整PLC的中断次数，就可改变示功图形采集的点数即图形的精细化程度，在示功图测算产液量计算中能显著提高测量精度，具有重要的经济价值。4)该采集装置可以利用PLC采集的载荷、位移数字量参数格式“.CSV”进行自行处理、储存、传输,更易于接入物联网。5)该采集装置结构简单、寿命长、成本低，是传统功图采集仪的1/10～1/3。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的应用示意图；图2是本专利技术的工作原理图；图3是本专利技术的角度传感器安装示意图；图4是本专利技术的位移传感器第一安装示意图；图5是本专利技术中悬绳器的结构示意图；图6是本专利技术的位移传感器第二安装示意图。其中，1-角度传感器、2-位移传感器、3-游梁、4-安装轴、401本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种数字化高精度示功图数据采集装置，安装在游梁式抽油机上，其特征在于，包括角度传感器(1)和位移传感器(2)，其中：/n所述角度传感器(1)安装在游梁(3)的安装轴(4)上、且用于获取游梁(3)的旋转角度(n°)，处理器基于旋转角度(n°)和弧长公式计算出光杆(7)相对于地面的行程即冲程；/n所述位移传感器(2)安装在悬绳器(5)上、且用于获取驴头上下运动时悬绳器(5)与光杆(7)在承重状态下的相对位移(x)，处理器基于相对位移(x)和胡克定律计算出光杆(7)的载荷；/n处理器基于光杆(7)的冲程和载荷数据完成抽油机井示功图数据的采集。/n
【技术特征摘要】
1.一种数字化高精度示功图数据采集装置，安装在游梁式抽油机上，其特征在于，包括角度传感器(1)和位移传感器(2)，其中：
所述角度传感器(1)安装在游梁(3)的安装轴(4)上、且用于获取游梁(3)的旋转角度(n°)，处理器基于旋转角度(n°)和弧长公式计算出光杆(7)相对于地面的行程即冲程；
所述位移传感器(2)安装在悬绳器(5)上、且用于获取驴头上下运动时悬绳器(5)与光杆(7)在承重状态下的相对位移(x)，处理器基于相对位移(x)和胡克定律计算出光杆(7)的载荷；
处理器基于光杆(7)的冲程和载荷数据完成抽油机井示功图数据的采集。
2.根据权利要求1所述的数字化高精度示功图数据采集装置，其特征在于，所述安装轴(4)可旋转的安装在机架(8)上，所述机架(8)的顶部安装有轴承套(401)，安装轴(4)的外部套设有与轴承套(401)匹配的轴承(402)，所述角度传感器(1)安装在安装轴(4)末端。
3.根据权利要求1所述的数字化高精度示功图数据采集装置，其特征在于，所述悬绳器(5)包括下负荷挂板(501)、上负荷挂板(502)和弹簧(503)，其中：
所述钢丝绳(6)的中间端固定在游梁(3)的驴头上，钢丝绳(6)的另两端固定在下负荷挂板(501)上；
所述上负荷挂板(502)通过弹簧(503)可浮动的设置在下负荷挂板(501)上；
所述光杆(7)的一端固定在上负荷挂板(502)上，光杆(7)的另一端依次穿过上负荷挂板(502)和下负荷挂板(501)、并与下面抽油杆连接；
所述位移传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：何小根，王瑜，
申请(专利权)人：陕西科沃电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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