專利名稱：輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輸油管道自動取樣控制裝置，具體地說，是輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
玉門油田自1939年開發(fā)以來，輸油管道原油取樣一直采用人工操作，80年代曾經(jīng)試用過自己設(shè)計的自動取樣器，但由于受當(dāng)時電子技術(shù)的局限，該取樣器僅僅采用電子電路，使用元件多，元件之間由于相互干擾而損壞嚴(yán)重，且易受潮濕、寒冷等環(huán)境因素的影響，無法實現(xiàn)定時定量自動取樣的目的，沒有投入使用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種可以有效解決定時定量自動取樣的難題的輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)。。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的包括儲油杯1、電磁閥主體2、取樣杯3、出油口4、取樣控制器5、進油管線6，儲油杯1與電磁閥主體2連通，電磁閥主體2通過出油口4與取樣杯3連通，進油管線6與電磁閥主體2連通。
本實用新型還采用如下技術(shù)方案以一個降壓穩(wěn)壓電源(VDD＝+12V)、一個占空比可調(diào)的多諧振蕩器、一個BG1放大電路及繼電器控制電路，組成以555集成電子電路為核心的控制器，該控制器控制執(zhí)行機構(gòu)三通電磁閥2，實現(xiàn)定時定量取樣的目的。
555集成塊在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路和數(shù)字電路組合而成，它將模擬功能與邏輯功能兼容為一體，555集成塊獨立構(gòu)成一個定時電路，555集成塊的最大輸出電流達(dá)200mA；555集成塊的內(nèi)部集成由21個晶體三極管、4個晶體二極管和16個電阻組成，555電路內(nèi)含兩個比較器A1和A2，一個觸發(fā)器，一個驅(qū)動器和一個放電晶體管；兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的 和 參考電壓所限定。
本實用新型的有點在于能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)隨意調(diào)整取樣時間間隔(0～1小時范圍之內(nèi))和取樣量(0～20ml)的目的，經(jīng)受了季節(jié)變換、惡劣環(huán)境等不良因素的影響，具有定時定量準(zhǔn)、費用低、安裝簡單、維護方便、操作便利等特點，大大降低了員工的勞動強度。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為555集成塊的的電路示意圖；圖3為將圖2簡化的等效功能電路；圖4為取樣控制器5的電路構(gòu)造圖。
具體實施方式
如圖1所示，由儲油杯1、電磁閥主體2、取樣杯3、出油口4、取樣控制器5、進油管線6，儲油杯1與電磁閥主體2連通，電磁閥主體2通過出油口4與取樣杯3連通，進油管線6與電磁閥主體2連通。
如圖2所示(一)555集成塊的特點1、555集成塊在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路和數(shù)字電路組合而成，它將模擬功能與邏輯功能兼容為一體，能夠產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩。它拓寬了模擬集成電路的應(yīng)用范圍。
2、555集成塊可獨立構(gòu)成一個定時電路，且定時精度高。
3、555集成塊的最大輸出電流達(dá)200mA，帶負(fù)載能力強。可直接驅(qū)動小電機、喇叭、小繼電器等。
(二)555集成塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理CA555集成塊的內(nèi)部集成由21個晶體三極管、4個晶體二極管和16個電阻組成，如圖2所示。為了便與分析和理解電路功能可將圖2簡化為圖3所示的等效功能電路。顯然，555電路內(nèi)含兩個比較器A1和A2，一個觸發(fā)器，一個驅(qū)動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的

和

參考電壓所限定。
下表一是555集成塊各引出端的功能說明引出端功能說明 表一

為進一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡要說明其作用原理。
從圖3可見，三個5KΩ電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個比較器構(gòu)成一個電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為

下觸發(fā)電平為

在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上下觸發(fā)電平值。比較器A1的輸出同或非門1的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的R-S觸發(fā)器必須用負(fù)極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器A1同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位高于反向端5腳的電位時，R-S觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器A2反向端2腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位低于A2同相端的電位

時，R-S觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。
通過上面對圖你2圖3的分析，可得出555集成塊各功能端的真值表，如表二所示。
555集成電路真值表 表二

(三)自動取樣器電路的設(shè)計與工作原理取樣器的電路構(gòu)造如圖4所示用一個降壓穩(wěn)壓電源(VDD＝+12V)、一個占空比可調(diào)的多諧振蕩器、一個BG1放大電路及繼電器控制電路，按照圖三接線方式組成以555集成電子電路為核心的控制器，該控制器執(zhí)行機構(gòu)是三通電磁閥，實現(xiàn)定時定量取樣的目的。
一般的555集成塊多諧振蕩器，由于充放電回路共同使用一個電阻、一個電容，所以充放電時間的調(diào)節(jié)會相互影響，定時不準(zhǔn)，難以操作。本電路利用充放電回路獨立可分的原理，對其電路進行改造，以保證充放電回路的線性。其接線圖如圖三所示的虛線部分。
1、多諧振蕩電路的改造過程
(1)在低觸發(fā)端 (2腳)和輸出端(3腳)加一個導(dǎo)引二極管加到觸發(fā)端 (2腳)的脈沖應(yīng)是負(fù)脈沖，為了取得準(zhǔn)確的定時，放電時間的單獨可調(diào)，要求觸發(fā)脈沖寬度為τ＜1.1RC。為此在此電路中，我們在觸發(fā)輸入端接一個RC微分電路，但考慮到微分輸入時，可能會出現(xiàn)幅值大于VDD的尖頭脈沖，因此在電阻上并接一個導(dǎo)引二極管D5(2AK)，使尖峰幅值不大于VDD。
(2)在閥值端(6腳)和放電端(7腳)之間加一小電阻為了減小閥值端(6腳)和放電端(7腳)分布的寄生電容造成的電位差，故在此端加一小電阻，使多諧振蕩器的穩(wěn)定性更好。通過試驗，取為100Ω。
2、電路各元件參數(shù)的選擇(1)電阻R1和電阻R2的選擇電阻R1和電阻R2最小值以不使放電管損壞為限度。當(dāng)集成塊內(nèi)部放電管導(dǎo)通時，流過R1和R2的起始充電電流是灌入放電管的，因此起始電流不應(yīng)大于5mA。R1和R2的最大值取決于上比較器A1和下比較器A2所須的閥值電流，該值一般約為1uA。由此可見，在允許的某一給定電源電壓條件下，只通過改變電阻R的值，就可改變定時時間，其最大變化范圍為5mA/1uA＝5000倍。由555集成塊輸出脈沖寬度與電容量關(guān)系表得出R1和R2最佳取值為1KΩ。
(2)定時電容C1和C2的選擇實際選用的最小電容值C1應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閥值端(6腳)和放電端(7腳)的寄生分布電容，電容C2也應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低觸發(fā)端(2腳)和輸出端(3腳)的寄生分布電容，以確保定時值的穩(wěn)定。C1和C2的最大電容值，通常由該電容的漏電流來確定。一般說來，隨著電容量的加大，其漏電流也隨之加大。例如，定時長達(dá)1小時時，由R所確定的最小起始電流為1uA，則要求電容的漏電流應(yīng)小于0.1uA，而如此小的漏電流，一般的電解電容是很難達(dá)到的，應(yīng)選用漏電流小的鉭電解電容，或選用其它型號的額定電壓高的優(yōu)質(zhì)電容。由公式Td＝0.693(R+RW)C，得C＝Td/0.693(R+RW)根據(jù)現(xiàn)場取樣工作的需要，取樣最長間隔時間不超過1小時，因此，Td＝36000秒。
經(jīng)過多次實驗電位器最大取值為1MΩ。則C＝36000/0.693(1×103+1×109)≈75uF(取為100uF的鉭電解電容)(3)對強制復(fù)位端(4腳)和控制端(5腳)及電源端(8腳)的處理4腳為強制復(fù)位端，在此電路中不需要強制復(fù)位，故將次腳接與電源正極。
5腳為控制端，可以通過外接分壓電阻或穩(wěn)壓管來改變的基準(zhǔn)電壓以擴大應(yīng)用范圍。在此電路中，我們不需要擴大其應(yīng)用范圍，則通過接一個0.01uF電容接地，以消除干擾。
8腳為電源端，直接接電源正極即可。
通過以上電路的改造和元件的選擇，以555集成塊為核心組成的多諧振蕩器實現(xiàn)了輸出端電平周期性的置位。
3、使用BG1放大電路的機理當(dāng)輸出端(3腳)在置位狀態(tài)，555輸出為高電平“1”。此時負(fù)載電流較小，無法驅(qū)動此繼電器，為了改善帶負(fù)載能力，我們在輸出端外加一個NPN功率管接成共射極放大電路來提高驅(qū)動能力。這樣，可使輸出的驅(qū)動電流加大到70-200mA。
BG1的集電極接一起動繼電器，在定時結(jié)束的瞬間，線圈兩端會出現(xiàn)相當(dāng)大的反電勢。為了改變這種不利因素，我們在線圈上并接一個續(xù)流二極管D5，用來抑制該反電動勢，實現(xiàn)了對大功率繼電器的控制。其反向工作電壓峰值大于VDD，額定電流大于繼電器的吸動電流。
4、對XS2型三通電磁閥的改進本取樣器的執(zhí)行機構(gòu)采用的是西安儀表精密零件廠生產(chǎn)的XS2型三通電磁閥。對于單相交流電磁機構(gòu)，由于磁通是交變的，當(dāng)磁通過零時吸力也為零，吸合后的銜鐵在反作用彈簧的作用下將被拉開，磁通過零后吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時，銜鐵又吸合。由于交流電源頻率的變化，銜鐵的吸力隨之每個周期兩次過零，因而銜鐵產(chǎn)生強烈振動與噪聲，甚至使鐵心松散。長此以往更為嚴(yán)重的是電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。但直流電通過線圈，則不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。為了解決這一問題，我們在改進電路時加了橋式整流電路，使通往電磁閥線圈的電流提前變?yōu)橹绷?。這樣，我們就不用再向廠家購買線圈，可以自行繞制。
通過以上部分電路元件的優(yōu)選組合，能夠?qū)崿F(xiàn)自動取樣的技術(shù)要求。
5、取樣器的工作原理從圖4可知，當(dāng)電路接入220V交流電時，通過變壓器B降為12V的交流電，再經(jīng)橋式整流電路變?yōu)?2V的直流電壓接入電路。當(dāng)2腳所接的放電回路為低電平 以下時，R1、W1、C1組成的充電回路對C1充電，C1充電到 時，6腳為高電平，則3腳輸出高電平。此信號通過放大電路(由電阻R3.三極管BG1組成)將信號放大為70mA，使繼電器J吸合，發(fā)光二極管D7點亮。吸合的繼電器將220V的直流電通入電磁閥的線圈。此時電磁閥的銜鐵吸合，原油管道中的油樣經(jīng)電磁閥進入儲油杯，但由儲油杯進入樣杯的孔道則被吸合的銜鐵所關(guān)閉。此繼電器的吸合時間為Td1＝0.693(R1+RW1)C1。在此將Td1取為4秒，由此式可得RW1為50KΩ。C2.W2.R2組成放電回路，C2放電到大于 時，即2腳電平由高向低過度，不管6腳為何電平，3腳輸出轉(zhuǎn)為低電平，繼電器失電關(guān)閉，發(fā)光二極管D7熄滅。同時電磁閥銜鐵堵住了原油流入電磁閥的孔道。而油樣由儲油杯通過銜鐵孔道流入樣杯。C2的放電時間為Td2＝0.693(R2+RW2)C2，電位器RW2隨輸油時間人為設(shè)置，范圍是0-1小時。C2繼續(xù)放電到小于 即2腳在低電平以下，C1充電到 時，即6腳達(dá)到高電平時，3腳又輸出高電平，繼電器J吸合。這樣周而復(fù)始，達(dá)到定時定量取樣的目的。
權(quán)利要求1.輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)，包括儲油杯(1)、電磁閥主體(2)、取樣杯(3)、出油口(4)、取樣控制器(5)、進油管線(6)，其特征在于儲油杯(1)與電磁閥主體(2)連通，電磁閥主體(2)通過出油口(4)與取樣杯(3)連通，進油管線(6)與電磁閥主體(2)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)，其特征在于以一個降壓穩(wěn)壓電源、一個占空比可調(diào)的多諧振蕩器、一個BG1放大電路及繼電器控制電路，組成以555集成電子電路為核心的取樣控制器(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)，其特征在于555集成塊在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路和數(shù)字電路組合而成，555集成塊獨立構(gòu)成一個定時電路，555集成塊的最大輸出電流200mA；555集成塊的內(nèi)部集成由21個晶體三極管、4個晶體二極管和16個電阻組成，555電路內(nèi)含兩個比較器A1和A2，一個觸發(fā)器，一個驅(qū)動器和一個放電晶體管；兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的 和 參考電壓所限定。
專利摘要一種輸油管道自動取樣器控制系統(tǒng)，包括儲油杯1、電磁閥主體2、取樣杯3、出油口4、取樣控制器5、進油管線6，儲油杯1與電磁閥主體2連通，電磁閥主體2通過出油口4與取樣杯3連通，進油管線6與電磁閥主體2連通，能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)隨意調(diào)整取樣時間間隔(0～1小時范圍之內(nèi))和取樣量(0～20ml)的目的，經(jīng)受了季節(jié)變換、惡劣環(huán)境等不良因素的影響，具有定時定量準(zhǔn)、費用低、安裝簡單、維護方便、操作便利等特點，大大降低了員工的勞動強度。
文檔編號F17D3/00GK2804842SQ20052001695
公開日2006年8月9日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者謝見太, 李煉文, 李宏偉, 吳樹強, 艾紅玲, 揚帆 申請人:中國石油天然氣股份有限公司