多功能智能组合流量测控仪 【技术领域】
本发明涉及一种流量测控仪， 特别是一种多功能智能组合流量测控仪。背景技术 随着工业生产自动化的发展， 管道化输送日益普及， 使流量计量越来越受到人们 的重视。而人们在测量流量的同时， 往往还需要控制流量 ( 流速 ) 的大小。目前， 传统的流 量计和调节阀都是各自独立使用的， 要调节流量必须由人工操作， 不但费力耗时， 而且会造 成人为的差错或数据不实 ； 还有市场上的流量测控仪功能单一， 规格型号多， 不便使用和维 护； 而且调节阀的阀芯设计不够合理， 导致对于小流量控制的精确度不高。
发明内容 本发明的目的在于， 提供一种多功能智能组合流量测控仪。 本发明不但省时省力、 测量的数据准确， 能实现对多种信号测量监控， 使得使用和维护方便， 而且能提高小流量控 制的精确度。
本发明的技术方案 ： 多功能智能组合流量测控仪， 其特征在于 ： 包括流量变送器， 流量变送器连接有流量调控阀和流量积算与控制单元， 流量积算与控制单元连接有功能传 感器、 远程监控装置和电动执行器， 电动执行器与流量调控阀连接。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的功能传感器， 是压力传感器、 温度传 感器或流量传感器。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的流量调控阀包括阀体、 阀体腔、 设在 阀体腔内的可移动阀柱和与可移动阀柱连接的阀芯， 阀芯包括具有圆形通孔的圆形静片和 连接可移动阀柱的动片， 静片的圆形通孔的开阀侧上设有尖角槽。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的流量积算与控制单元包括连接流量 变送器的单片机、 与单片机连接的主控板、 与主控板连接的变压器、 与主控板连接的继电器 和与主控板连接的流量设置模块， 流量设置模块与单片机连接。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述单片机上还设有 LCD 显示器、 信号输 出接口和日流量按键。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的远程监控装置包括经 RS-485 数据 接口与信号输出接口连接的 RTU， RTU 通过 GPRS 或 CDMA 无线通信方式将数据发送至数据中 心的计算机上， 计算机能通过 GPRS 或 CDMA 无线通信方式控制单片机进行对流量的控制。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的电动执行器包括连接继电器的电动 机， 电动机连接有过热过载保护模块、 限位器和机械变速机构， 机械变速机构与流量调控阀 连接。
前述的多功能智能组合流量测控仪中， 所述的机械变速机构设有手动摇把。
与现有技术比较， 本发明通过将温度传感器、 压力传感器和流量传感器等功能传 感器采集的信号送至单片机进行处理， 换算并显示数据， 同时主控板又将使用者所设置的
数据与测量到的数据进行比较， 并发出指令通过电动执行器控制流量调控阀， 使流体接近 或达到设置数据， 可使得省时省力、 测量的数据准确 ； 将流量积算与控制单元合为一体， 改 善流量积算模块与控制模块之间因流量数据转换繁琐和误差大的弊病， 提高了数据的准确 度与可靠性， 降低制造成本 ； 实现温度、 压力和流量的测控， 达到多功能检测的目的， 可方便 用户使用 ； 远程监控装置可进行对测量数据的传送和进行远程控制， 可降低管理成本 ； 流 量调控阀静片的圆形通孔开阀侧上增加了一个尖角槽结构， 该尖角槽的曲面结构是通过流 体力学仿真设计， 在控制小流量阶段时， 因控制流量的阀芯导通截面面积变化量 ΔS 与阀 芯旋转角度变化量 Δδ 的比值 ( 即 ΔS/Δδ) 减小， 有效提高了对小流量控制的精确度。 本发明不但省时省力、 测量的数据准确， 能实现对多种信号测量监控， 使得使用和维护方 便， 而且能提高小流量控制的精确度。本发明可用于油田注水作业等。
表1
表 1 为普通流量调控阀的阀芯和本发明的流量调控阀的阀芯开启角度 δ 与流量 Q 测试数据对照表。可以看出使用带尖角槽流量调控阀的阀芯可有效提高调控阀对小流量 控制的精确度。
附图说明 图 1 是本发明的结构示意图 ；
图 2 是流量积算与控制单元的工作原理图 ；
图 3 是远程监控装置的结构示意图 ；
图 4 是流量调控阀的结构示意图 ；
图 5 是静片的结构示意图 ；
图 6 是本发明的工作原理图 ；
图 7 是本发明实施例的流量 ( 流速 ) 控制型流量测控仪的示意图。
附图中的标记为 ： 1- 流量变送器， 2- 流量调控阀， 3- 流量积算与控制单元， 4- 功 能传感器， 5- 远程监控装置， 6- 电动执行器， 7- 单片机， 8- 主控板， 9- 变压器， 10- 继电器， 11- 流量设置模块， 12- 电动机， 13- 过热过载保护模块， 14- 限位器， 15- 机械变速机构， 16-LCD 显示器， 17- 信号输出接口， 18- 日流量按键， 19-RS-485 数据接口， 20-RTU， 21-GPRS， 22- 计算机， 23- 阀体， 24- 阀体腔， 25- 可移动阀柱， 26- 圆形通孔， 27- 静片， 28- 动片， 29- 尖
角槽， 30- 手动摇把， 31- 电源， 32- 整形电路， 33- 放大电路， 34- 开关阀键。 具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明， 但并不作为对本发明限制的依 据。
实施例。多功能智能组合流量测控仪， 如图 1-5 所示， 特点是 ： 包括流量变送器 1， 流量变送器 1 连接有流量调控阀 2 和流量积算与控制单元 3， 流量积算与控制单元 3 连接有 功能传感器 4、 远程监控装置 5 和电动执行器 6， 电动执行器 6 与流量调控阀 2 连接 ； 所述的 功能传感器 4， 是压力传感器、 温度传感器或流量传感器 ； 所述的流量调控阀包括阀体 23、 阀体腔 24、 设在阀体腔 24 内的可移动阀柱 25 和与可移动阀柱 25 连接的阀芯， 阀芯包括具 有圆形通孔 26 的圆形静片 27 和连接可移动阀柱 25 的动片 28， 静片 27 的圆形通孔 26 的 开阀侧上设有尖角槽 29 ； 所述的流量积算与控制单元 3 包括连接流量变送器 1 的单片机 7、 与单片机 7 连接的主控板 8、 与主控板 8 连接的变压器 9、 与主控板 8 连接的继电器 10 和与 主控板 8 连接的流量设置模块 11， 流量设置模块 11 与单片机 7 连接 ； 所述单片机 7 上还设 有 LCD 显示器 16、 信号输出接口 17 和日流量按键 18 ； 所述的远程监控装置 5 包括经 RS-485 数据接口 19 与信号输出接口 17 连接的 RTU20， RTU20 通过 GPRS21 或 CDMA 无线通信方式将 数据发送至数据中心的计算机 22 上， 计算机 22 能通过 GPRS21 或 CDMA 无线通信方式控制 单片机 7 进行对流量的控制 ； 所述的电动执行器 6 包括连接继电器 10 的电动机 12， 电动机 12 连接有过热过载保护模块 13、 限位器 14 和机械变速机构 15， 机械变速机构 15 与流量调 控阀 2 连接 ； 所述的机械变速机构 15 设有手动摇把 30。
本发明的工作原理 ： 通过测量被控物理量， 并与设定值进行比较， 进而通过调节管 道中的流量使被控物理量与设定值趋近。如图 6 所示， 可选择所需的被控物理量 ( 包括流 量 ( 流速 )、 温度、 比例、 压力和定量 )， 根据需要安装相应的功能传感器。当被控物理量为 流量 ( 流速 ) 时， 如图 7 所示， 安装在流体管道上的流量变送器将检测到的流量信号直接传 送到流量积算与控制单元， 不使用功能传感器， 该单元中的单片机将收到的流量信号与设 定的流量 ( 流速 ) 值进行比较， 根据流量偏差的 “正负” 与 “大小” ， 该单元向电动执行器发 出 “关” 、 “开” 或 “停” 的指令， 从而调节流量， 使之稳定在设定值上。
当被控物理量为温度、 压力或混合液比例时， 流量变送器与功能传感器将检测到 的信号传送到流量积算与控制单元， 该单元中的单片机将收到的信号与设定物理量进行比 较， 单片机程序中设有不同物理量模型的算法， 进行相应的计算后， 通过向电动执行器发出 “关” 、 “开” 或 “停” 的指令， 从而调节流量， 使相应物理量稳定在设定值上。
物理量控制主要有以下几种情况 ：
(1) 流量 ( 流速 ) 控制型
例如在油田注水过程中， 因地层压力波动大， 引起注水流量变化， 而稳定注水对提 高油井采收率非常重要， 这就需要经常调节注水管道上的阀门来稳定流量。传统的人工调 节流量不但费力耗时， 而且会造成人为的差错或数据不实， 特别是在夜间， 油田无人看管的 配水间， 由于注水地层压力波动大， 会出现注水量的严重失控， 使得注水效果低下， 直接影 响到油井采收率。
(2) 温度控制型控制两 ( 多 ) 条管道中不同温度流体的混合比例， 来实现混合液温度的控制。例 如油田稠油需掺热水加温， 提高流动性， 便于管道外输， 就要控制混合液的温度。
(3) 比例控制型
控制两 ( 多 ) 条管道中不同物质混合的体积比例， 来实现混合液物质成分比例的 控制。例如油田注聚合物工艺， 需聚合物与水保持稳定的比例。通过采集双路流量信号， 比 例计算后， 控制其中一路流量的大小， 来实现注聚液成分比例的控制。
(4) 压力控制型
通过调节管道中流量的大小， 或阀门的开、 关， 来实现管路中流体压力的控制。例 如油田注水过程中， 当注水管路水压低于设定压力时， 自动关闭阀门 ( 避免地下水倒流 ) ； 高于设定压力时， 自动开启阀门恢复注水。
(5) 定量控制型
当流过管道的流体达到设定量时， 自动切断 ( 阀门关闭 )。
当单片机对电动执行器发出信号时， 电动执行器采用间歇 ( 脉冲 ) 式接通电源 ( 含正反方向 ) 的方式控制流量调控阀， 流量调控阀经可移动阀柱带动动片旋转， 静片和动 片相对运动， 阀芯的开阀侧被打开， 因开发阀侧设置有尖角槽， 流体从尖角槽通过， 使得导 通截面面积变化量 ΔS 与阀芯旋转角度变化量 Δδ 的比值 ( 即 ΔS/Δδ) 较小， 因此， 提 高了对小流量控制的精确度。 而且可用数据总线将测控仪的流量参数通过 485 数据接口连接至 RTU， 数据通过 GPRS 或 CDMA 无线方式发送至数据中心的计算机上， 同时该计算机也能通过无线方式对现 场的测控仪的流量参数进行设定。还可与采油厂、 计量科、 检测站构成内部局域网， 实现数 据的共享。并可设置权限， 确定各节点的查询或控制权限。
本发明可降低生产厂家的制造成本， 便于库存 ； 而且规格减少， 方便使用者使用和 维护。