專利名稱：多功能智能組合流量測(cè)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量測(cè)控儀，特別是一種多功能智能組合流量測(cè)控儀。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，管道化輸送日益普及，使流量計(jì)量越來(lái)越受到人們 的重視。而人們?cè)跍y(cè)量流量的同時(shí)，往往還需要控制流量(流速)的大小。目前，傳統(tǒng)的流 量計(jì)和調(diào)節(jié)閥都是各自獨(dú)立使用的，要調(diào)節(jié)流量必須由人工操作，不但費(fèi)力耗時(shí)，而且會(huì)造 成人為的差錯(cuò)或數(shù)據(jù)不實(shí)；還有市場(chǎng)上的流量測(cè)控儀功能單一，規(guī)格型號(hào)多，不便使用和維 護(hù)；而且調(diào)節(jié)閥的閥芯設(shè)計(jì)不夠合理，導(dǎo)致對(duì)于小流量控制的精確度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種多功能智能組合流量測(cè)控儀。本發(fā)明不但省時(shí)省力、 測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信號(hào)測(cè)量監(jiān)控，使得使用和維護(hù)方便，而且能提高小流量控 制的精確度。本發(fā)明的技術(shù)方案多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于包括流量變送器， 流量變送器連接有流量調(diào)控閥和流量積算與控制單元，流量積算與控制單元連接有功能傳 感器、遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置和電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器與流量調(diào)控閥連接。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的功能傳感器，是壓力傳感器、溫度傳 感器或流量傳感器。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的流量調(diào)控閥包括閥體、閥體腔、設(shè)在 閥體腔內(nèi)的可移動(dòng)閥柱和與可移動(dòng)閥柱連接的閥芯，閥芯包括具有圓形通孔的圓形靜片和 連接可移動(dòng)閥柱的動(dòng)片，靜片的圓形通孔的開(kāi)閥側(cè)上設(shè)有尖角槽。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的流量積算與控制單元包括連接流量 變送器的單片機(jī)、與單片機(jī)連接的主控板、與主控板連接的變壓器、與主控板連接的繼電器 和與主控板連接的流量設(shè)置模塊，流量設(shè)置模塊與單片機(jī)連接。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述單片機(jī)上還設(shè)有LCD顯示器、信號(hào)輸 出接口和日流量按鍵。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置包括經(jīng)RS-485數(shù)據(jù) 接口與信號(hào)輸出接口連接的RTU，RTU通過(guò)GPRS或CDMA無(wú)線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中 心的計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)能通過(guò)GPRS或CDMA無(wú)線通信方式控制單片機(jī)進(jìn)行對(duì)流量的控制。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的電動(dòng)執(zhí)行器包括連接繼電器的電動(dòng) 機(jī)，電動(dòng)機(jī)連接有過(guò)熱過(guò)載保護(hù)模塊、限位器和機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械變速機(jī)構(gòu)與流量調(diào)控閥 連接。前述的多功能智能組合流量測(cè)控儀中，所述的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)設(shè)有手動(dòng)搖把。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明通過(guò)將溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器等功能傳 感器采集的信號(hào)送至單片機(jī)進(jìn)行處理，換算并顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)主控板又將使用者所設(shè)置的數(shù)據(jù)與測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并發(fā)出指令通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器控制流量調(diào)控閥，使流體接近 或達(dá)到設(shè)置數(shù)據(jù)，可使得省時(shí)省力、測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；將流量積算與控制單元合為一體，改 善流量積算模塊與控制模塊之間因流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換繁瑣和誤差大的弊病，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 度與可靠性，降低制造成本；實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和流量的測(cè)控，達(dá)到多功能檢測(cè)的目的，可方便 用戶使用；遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置可進(jìn)行對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的傳送和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可降低管理成本；流 量調(diào)控閥靜片的圓形通孔開(kāi)閥側(cè)上增加了一個(gè)尖角槽結(jié)構(gòu)，該尖角槽的曲面結(jié)構(gòu)是通過(guò)流 體力學(xué)仿真設(shè)計(jì)，在控制小流量階段時(shí)，因控制流量的閥芯導(dǎo)通截面面積變化量AS與閥 芯旋轉(zhuǎn)角度變化量△ δ的比值(即AS/Δ δ)減小，有效提高了對(duì)小流量控制的精確度。 本發(fā)明不但省時(shí)省力、測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信號(hào)測(cè)量監(jiān)控，使得使用和維護(hù)方 便，而且能提高小流量控制的精確度。本發(fā)明可用于油田注水作業(yè)等。 表 1表1為普通流量調(diào)控閥的閥芯和本發(fā)明的流量調(diào)控閥的閥芯開(kāi)啟角度δ與流量 Q測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)照表?？梢钥闯鍪褂脦Ъ饨遣哿髁空{(diào)控閥的閥芯可有效提高調(diào)控閥對(duì)小流量 控制的精確度。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是流量積算與控制單元的工作原理圖；圖3是遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是流量調(diào)控閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是靜片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的工作原理圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的流量(流速)控制型流量測(cè)控儀的示意圖。附圖中的標(biāo)記為1-流量變送器，2-流量調(diào)控閥，3-流量積算與控制單元，4-功 能傳感器，5-遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，6-電動(dòng)執(zhí)行器，7-單片機(jī)，8-主控板，9-變壓器，10-繼電器， 11-流量設(shè)置模塊，12-電動(dòng)機(jī)，13-過(guò)熱過(guò)載保護(hù)模塊，14-限位器，15-機(jī)械變速機(jī)構(gòu)， 16-LCD顯示器，17-信號(hào)輸出接口，18-日流量按鍵，19-RS-485數(shù)據(jù)接口，20-RTU，21-GPRS, 22-計(jì)算機(jī)，23-閥體，24-閥體腔，25-可移動(dòng)閥柱，26-圓形通孔，27-靜片，28-動(dòng)片，29-尖角槽，30-手動(dòng)搖把，31-電源，32-整形電路，33-放大電路，34-開(kāi)關(guān)閥鍵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。實(shí)施例。多功能智能組合流量測(cè)控儀，如圖1-5所示，特點(diǎn)是包括流量變送器1， 流量變送器1連接有流量調(diào)控閥2和流量積算與控制單元3，流量積算與控制單元3連接有 功能傳感器4、遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置5和電動(dòng)執(zhí)行器6，電動(dòng)執(zhí)行器6與流量調(diào)控閥2連接；所述的 功能傳感器4，是壓力傳感器、溫度傳感器或流量傳感器；所述的流量調(diào)控閥包括閥體23、 閥體腔24、設(shè)在閥體腔24內(nèi)的可移動(dòng)閥柱25和與可移動(dòng)閥柱25連接的閥芯，閥芯包括具 有圓形通孔26的圓形靜片27和連接可移動(dòng)閥柱25的動(dòng)片28，靜片27的圓形通孔26的 開(kāi)閥側(cè)上設(shè)有尖角槽29 ；所述的流量積算與控制單元3包括連接流量變送器1的單片機(jī)7、 與單片機(jī)7連接的主控板8、與主控板8連接的變壓器9、與主控板8連接的繼電器10和與 主控板8連接的流量設(shè)置模塊11，流量設(shè)置模塊11與單片機(jī)7連接；所述單片機(jī)7上還設(shè) 有IXD顯示器16、信號(hào)輸出接口 17和日流量按鍵18 ；所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置5包括經(jīng)RS-485 數(shù)據(jù)接口 19與信號(hào)輸出接口 17連接的RTU20，RTU20通過(guò)GPRS21或CDMA無(wú)線通信方式將 數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)22上，計(jì)算機(jī)22能通過(guò)GPRS21或CDMA無(wú)線通信方式控制 單片機(jī)7進(jìn)行對(duì)流量的控制；所述的電動(dòng)執(zhí)行器6包括連接繼電器10的電動(dòng)機(jī)12，電動(dòng)機(jī) 12連接有過(guò)熱過(guò)載保護(hù)模塊13、限位器14和機(jī)械變速機(jī)構(gòu)15，機(jī)械變速機(jī)構(gòu)15與流量調(diào) 控閥2連接；所述的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)15設(shè)有手動(dòng)搖把30。本發(fā)明的工作原理通過(guò)測(cè)量被控物理量，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)管 道中的流量使被控物理量與設(shè)定值趨近。如圖6所示，可選擇所需的被控物理量(包括流 量(流速)、溫度、比例、壓力和定量)，根據(jù)需要安裝相應(yīng)的功能傳感器。當(dāng)被控物理量為 流量(流速)時(shí)，如圖7所示，安裝在流體管道上的流量變送器將檢測(cè)到的流量信號(hào)直接傳 送到流量積算與控制單元，不使用功能傳感器，該單元中的單片機(jī)將收到的流量信號(hào)與設(shè) 定的流量(流速)值進(jìn)行比較，根據(jù)流量偏差的“正負(fù)”與“大小”，該單元向電動(dòng)執(zhí)行器發(fā) 出“關(guān)”、“開(kāi)”或“?！钡闹噶?，從而調(diào)節(jié)流量，使之穩(wěn)定在設(shè)定值上。當(dāng)被控物理量為溫度、壓力或混合液比例時(shí)，流量變送器與功能傳感器將檢測(cè)到 的信號(hào)傳送到流量積算與控制單元，該單元中的單片機(jī)將收到的信號(hào)與設(shè)定物理量進(jìn)行比 較，單片機(jī)程序中設(shè)有不同物理量模型的算法，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算后，通過(guò)向電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)出 “關(guān)”、“開(kāi)”或“?！钡闹噶?，從而調(diào)節(jié)流量，使相應(yīng)物理量穩(wěn)定在設(shè)定值上。物理量控制主要有以下幾種情況(1)流量(流速)控制型例如在油田注水過(guò)程中，因地層壓力波動(dòng)大，引起注水流量變化，而穩(wěn)定注水對(duì)提 高油井采收率非常重要，這就需要經(jīng)常調(diào)節(jié)注水管道上的閥門(mén)來(lái)穩(wěn)定流量。傳統(tǒng)的人工調(diào) 節(jié)流量不但費(fèi)力耗時(shí)，而且會(huì)造成人為的差錯(cuò)或數(shù)據(jù)不實(shí)，特別是在夜間，油田無(wú)人看管的 配水間，由于注水地層壓力波動(dòng)大，會(huì)出現(xiàn)注水量的嚴(yán)重失控，使得注水效果低下，直接影 響到油井采收率。(2)溫度控制型
控制兩(多)條管道中不同溫度流體的混合比例，來(lái)實(shí)現(xiàn)混合液溫度的控制。例 如油田稠油需摻熱水加溫，提高流動(dòng)性，便于管道外輸，就要控制混合液的溫度。(3)比例控制型控制兩(多)條管道中不同物質(zhì)混合的體積比例，來(lái)實(shí)現(xiàn)混合液物質(zhì)成分比例的 控制。例如油田注聚合物工藝，需聚合物與水保持穩(wěn)定的比例。通過(guò)采集雙路流量信號(hào)，比 例計(jì)算后，控制其中一路流量的大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)注聚液成分比例的控制。(4)壓力控制型通過(guò)調(diào)節(jié)管道中流量的大小，或閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)管路中流體壓力的控制。例 如油田注水過(guò)程中，當(dāng)注水管路水壓低于設(shè)定壓力時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)(避免地下水倒流)； 高于設(shè)定壓力時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)恢復(fù)注水。(5)定量控制型當(dāng)流過(guò)管道的流體達(dá)到設(shè)定量時(shí)，自動(dòng)切斷(閥門(mén)關(guān)閉)。當(dāng)單片機(jī)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器采用間歇(脈沖)式接通電源 (含正反方向)的方式控制流量調(diào)控閥，流量調(diào)控閥經(jīng)可移動(dòng)閥柱帶動(dòng)動(dòng)片旋轉(zhuǎn)，靜片和動(dòng) 片相對(duì)運(yùn)動(dòng)，閥芯的開(kāi)閥側(cè)被打開(kāi)，因開(kāi)發(fā)閥側(cè)設(shè)置有尖角槽，流體從尖角槽通過(guò)，使得導(dǎo) 通截面面積變化量AS與閥芯旋轉(zhuǎn)角度變化量Δ δ的比值(即AS/Δ δ)較小，因此，提 高了對(duì)小流量控制的精確度。而且可用數(shù)據(jù)總線將測(cè)控儀的流量參數(shù)通過(guò)485數(shù)據(jù)接口連接至RTU，數(shù)據(jù)通過(guò) GPRS或CDMA無(wú)線方式發(fā)送至數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)上，同時(shí)該計(jì)算機(jī)也能通過(guò)無(wú)線方式對(duì)現(xiàn) 場(chǎng)的測(cè)控儀的流量參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。還可與采油廠、計(jì)量科、檢測(cè)站構(gòu)成內(nèi)部局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的共享。并可設(shè)置權(quán)限，確定各節(jié)點(diǎn)的查詢或控制權(quán)限。本發(fā)明可降低生產(chǎn)廠家的制造成本，便于庫(kù)存；而且規(guī)格減少，方便使用者使用和 維護(hù)。
權(quán)利要求
多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于包括流量變送器(1)，流量變送器(1)連接有流量調(diào)控閥(2)和流量積算與控制單元(3)，流量積算與控制單元(3)連接有功能傳感器(4)、遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置(5)和電動(dòng)執(zhí)行器(6)，電動(dòng)執(zhí)行器(6)與流量調(diào)控閥(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的功能傳感 器(4)，是壓力傳感器、溫度傳感器或流量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的流量調(diào)控 閥包括閥體(23)、閥體腔(24)、設(shè)在閥體腔(24)內(nèi)的可移動(dòng)閥柱(25)和與可移動(dòng)閥柱 (25)連接的閥芯，閥芯包括具有圓形通孔(26)的圓形靜片(27)和連接可移動(dòng)閥柱(25)的 動(dòng)片(28)，靜片(27)的圓形通孔(26)的開(kāi)閥側(cè)上設(shè)有尖角槽(29)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的流量積算 與控制單元(3)包括連接流量變送器(1)的單片機(jī)(7)、與單片機(jī)(7)連接的主控板(8)、 與主控板(8)連接的變壓器(9)、與主控板(8)連接的繼電器(10)和與主控板(8)連接的 流量設(shè)置模塊(11)，流量設(shè)置模塊(11)與單片機(jī)(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述單片機(jī)(7) 上還設(shè)有IXD顯示器(16)、信號(hào)輸出接口(17)和日流量按鍵(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控 裝置(5)包括經(jīng)RS-485數(shù)據(jù)接口(19)與信號(hào)輸出接口(17)連接的RTU (20)，RTU (20)通 過(guò)GPRS(21)或CDMA無(wú)線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)(22)上，計(jì)算機(jī)(22) 能通過(guò)GPRS (21)或CDMA無(wú)線通信方式控制單片機(jī)(7)進(jìn)行對(duì)流量的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的電動(dòng)執(zhí)行 器(6)包括連接繼電器(10)的電動(dòng)機(jī)(12)，電動(dòng)機(jī)(12)連接有過(guò)熱過(guò)載保護(hù)模塊(13)、 限位器(14)和機(jī)械變速機(jī)構(gòu)(15)，機(jī)械變速機(jī)構(gòu)(15)與流量調(diào)控閥(2)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多功能智能組合流量測(cè)控儀，其特征在于所述的機(jī)械變速 機(jī)構(gòu)(15)設(shè)有手動(dòng)搖把(30)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了多功能智能組合流量測(cè)控儀。本發(fā)明包括流量變送器(1)，流量變送器(1)連接有流量調(diào)控閥(2)和流量積算與控制單元(3)，流量積算與控制單元(3)連接有功能傳感器(4)、遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置(5)和電動(dòng)執(zhí)行器(6)，電動(dòng)執(zhí)行器(6)與流量調(diào)控閥(2)連接。本發(fā)明通過(guò)將溫度、壓力和流量等功能傳感器采集的信號(hào)送至單片機(jī)進(jìn)行處理，換算并顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)主控板又將使用者所設(shè)置的數(shù)據(jù)與測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并發(fā)出指令通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器控制流量調(diào)控閥，使流體接近或達(dá)到設(shè)置數(shù)據(jù)，可使得省時(shí)省力、測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可方便用戶使用；遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置可進(jìn)行對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的傳送和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可降低管理成本；流量調(diào)控閥靜片的圓形通孔開(kāi)閥側(cè)上增加了一個(gè)尖角槽結(jié)構(gòu)，有效提高了對(duì)小流量控制的精確度。本發(fā)明可用于油田注水作業(yè)等。
文檔編號(hào)G05D7/06GK101907896SQ201010243308
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者張淼 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)