内容发布更新时间 : 2024/4/28 2:16:15星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

可信的数据并对油田状况做及时分析，所以对油井计量精度的要求也越来越高。 4. 向仪表化发展。由于科技的发展及各种气体和液体流量计的广泛应用，油田生产的计量过程中必然越来越多地使用操作方便、读数清晰的流量计。如：用于气体计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。

5. 向智能化发展。由于油田生产中对生产工人要求不可能全部一致，所以提高系统的智能化，使工人在操作方面上可以达到简单、快速，精确。所以在智能化方向上发展具有十分重要的生产意义。

6. 向小型化发展。随着科技发展，油田生产线上的高科技设备越来越多，各种仪器的小型化发展成了必然的趋势，不但可以节省空间，还可以达到方便拆卸修理的目的。

1.3 系统设计及原则

本次设计对于准确、快速的实现实时显示及报警有十分重要的意义。 流量监测系统通常由流量测量（又称一次仪表）和流量显示（又称二次仪表）两大部分组成，流量显示部分随着科技的发展，由机械发展到现在的电子表头，电子表头的种类很多，其中由单片机开发出来的，具有多项功能，软件调节非线性误差的智能流量显示仪，是一次流量测量仪表相配套的二次仪表，由于由单片机开发的智能系统，所以具有如下特点：

1. 采用了微处理技术，准确性、稳定性精确性高； 2. 可实时显示累积流量和瞬时流量； 3. 可以存储流量；

4. 耗电量低。 它的技术性能如下：

1. 输入信号：流量测量仪表的频率输入。与流量传感器相接，经检测、放大得被测介质的流量，信号频率为（0~1000）HZ的脉冲信号。传感器连接电缆高度小于1000米，要求导线电容小于0.1μf电感小于10mH智能流量显示放在计量间里，每个计量间可容纳30个； 2. 输出信号：数码显示； 3. 准确度：无修正时1.5%左右；

2

4. 环境温度:(-20~70)℃；5. 相对湿度:<85%； 6. 抗干扰： 10kW~17kW电机转动显示不变化； 7. 电源：（4~5）V直流； 8. 总耗电：<5.0MW。

本设计是用仪表测量技术，对油井流量进行监控。而且综合自动化以计算机智能监控为主，常规控制为辅的设计思想进行总体的设计和系统的配置，使计算机在整个系统中达到一个新的水平。且从安全性和经济性的角度实现系统各个部分的功能。及时性好，人机接口功能强，操作方便。

1.4 系统结构及配置说明

主计算机——对整个监控系统的运行进行控制。即流量的记录、调节，阀门的控制，历史数据的保存，数据表格的打印及报警功能等。

输入/输出设备——键盘，鼠标，打印机，磁盘等。是计算机与外部联系并交换信息的设备。

传感器——液位传感器，温度传感器等。经过放大整形电路将数据上传给89C51微处理器。

技术人员——进行人机对话，设置各种实验参数。

1.5 系统要求

可靠性和时效性——提高元器件的可靠性，提高印刷电路板的质量，对供电电源采用抗干扰措施，输入/输出通道采取抗干扰措施。

自诊断功能——当系统正常运行时，定时对各模块进行自诊断，并对外界出现的异常情况做出快速应变处理，对于出现无法解决的情况，应能及时切换后备装置投入工作，或及时报警，以提醒人工干预。

分布式——系统上的每个节点都可安装与本节点应用的数据库以及有关的控制和执行程序。对于系统而言，节点功能，资源相对独立而且有便于共享，同时为了便

3

于分期投运，为今后扩充提供了较大的方便。完全满足式的三个特征即自治性，模块性，并行性。上一代监控系统常用的分层分布模式，一般都有一个主计算机（或称上位机），系统的全部数据集中在主计算机中，数据库不分布，自治性不够好。这样的缺点是：一旦上位机出现故障，系统数据库全部丢失，系统功能如监视，控制功能也随之丢失。所谓全分布是指数据库，控制功能分布。图形工作站不依赖于任何一台主计算机，可直接读写数据库，直接实现全系统监视和控制。

1.6 系统技术指标

流量范围：20Kg/h~200Kg/h 装置精度优于：2%

装置流量的稳定度优于：2%

1.7 本章小结

本章在广泛调研研究的基础上，说明了设计的研究背景，介绍了流量监测技术在国内外发展现状及技术发展趋势，并概括描述了设计的原则、系统要求，系统技术指标等涉及的主要内容。

4

第2章 总体方案

2.1 智能流量显示过程概述

智能流量显示的过程大致为：流量传感器将采集的流量信号经过放大电路上传给AT89C51微处理器，经过AT89C51的数据处理及运算再把信号通过8279实现显示和键盘控制，报警及打印的具体功能。

2.2 智能流量测控技术

2.2.1 测量原理

在容积式液流量计中，量斗内的一定容积空间里充满液体，连续不断地向出口流去，液体流量被量斗连续计量。相当于量斗的计量空间是在固定的外壳与内部可动部件间形成的，可动部件由于液体的压力而转动，因此将一定体积的液体吸入并向出口送出，这种动作的次数与体积流量成比例。然而，由于容积式流量计的转子和外壳之间存在液体泄露，因此测量精度受到影响，同时液体粘度也成为精度的影响因数之一。为了减小误差，必须使转子与壳体更好地接触，但这样却增加了转子转动的阻力，当流量较小或液体粘度较大时，液体就难以使转子旋转。

智能化液流量计采用活塞式线性定量泵作为“量斗”，并对其施加附加驱动力。这个驱动力在自动调节系统的控制下随液流而变化，并采用微电脑智能电路使液流量计能按需求供给液体。因此，该流量计不仅能更精确地测量液流，还能较好地排除被测液体粘度的影响，同时又能根据需要来设置压力损失，其设定值可处于很大范围内，包括零和负值。

累计流量是用容积法计量的，它将流过管路的液流量，以一定容积的“斗”连续、

5

反复地进行测量。图1中的活塞式线性定量泵在步进电机的控制下充放液体。液体的通过体积V如式下所示的那样，为体积流量的累计值。

V =∫tQdt (式2-1)

式中，V ——时间内流量的通过体积 Q ——体积流量

定量泵的输出管道连接在一个由波纹管做成的缓冲容器上，容器的大小由仪器的量程决定。流量的瞬时信号由霍尔变换器提供，该信号取决于波纹管端面的位置。当波纹管内压力下降时，波纹管的长度缩短，霍尔元件将输出一个与供液率成比例的信号，经霍尔变换器转换成恰当幅度范围的电压电平，该电压经A D和D F 变换器转换为一定频率的脉冲，驱动步进电机的运转。这样，在由定量泵、波纹管、霍尔变换器、AD和DF变换器及电机所组成的闭环系统中，流量测量转化成了压力定值比例调节。根据自动控制原理，这是一个有差调节系统。耗液率、波纹管端面的变化、霍尔变换器输出与电机转速将相互成正比，即：

Q = C1$L (式2-2) $L = C2$E (式2-3)

$E = C3n (式2-4) 式中，C1、C2、C3——比例系数 $L——波纹管端面的位移 $E——霍尔变换器输出压差 n——步进电机角速度 由上述数学关系可得：

$E = (1? C1C2) 3 Q

= (1? C1C2) 3 (dV ? dt) (式2-5)

V =∫tQ dt=∫tC1C2C3ndt

=CN (式2-6)

由此可见，霍尔变换器的输出可以表示出该系统在动态平衡中液耗的瞬时速度， 而耗液量的累计值则正比于步进电机的旋转角度。

6