CN103728438B - 石油倾点测量的自动空气加压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明石油倾点测量的自动空气加压控制方法属于传感测控领域，涉及一种石油倾点的自动空气加压控制方法。应用于工业石油倾点测定系统领域。该控制方法采用电压斜率的方式对电压幅值进行缓慢施加压力和释放压力以及快速施加压力和释放压力控制；利用开环控制和闭环控制相结合的方法，来实现对试样杯内气体输入或输出速度和液面扰动性的控制；控制方法的循环过程为：把样品预热到设定的温度→缓慢施加压力→快速施加压力→倾点测定→缓慢释放压力→快速释放压力→判断是否进行下一次循环测量；在空气自动加压测量过程中，本发明通过对加压气流的控制，减少了样品液面扰动对测量结果的影响，提高了测量效率和测量精度。

Description

石油倾点测量的自动空气加压控制方法

技术领域

本发明属于传感测控领域，涉及一种石油倾点的自动空气加压控制方法，应用于工业石油倾点测定系统领域。

技术背景

石油在国民经济领域占有十分重要的地位，我国是石油大国，从产量到用量均位列世界前茅，石油的低成本低能耗管道输送也因此成为研究的热门。石油的倾点作为衡量石油流动性的重要指标，对于它的研究和测量显得十分重要。石油倾点的测量方法有很多种：倾斜试管法、旋转测量法、自动调压脉冲法等等。目前，运用最广的是自动空气加压法。该方法实现了全程自动化测量、使用样品量较少、测量精度高。目前的石油倾点测量系统的空气自动加压部分主要有4部分构成：(1)步进电机，提供空气加压系统的动力源，驱动气压缸动作；(2)气管，连接装置，输送气体；(3)气压缸，执行机构，输送气体动力源；(4)电磁阀，开关量，控制加压系统与大气压的连接状态。通过深入研究，对这些因素进行分析后，我发现了该方法在操作上存在的一些问题会影响测量精度。从定义上看，石油倾点指的是石油保持流动性的最低温度，测量的时候，随着温度降低，石油流动性变差，到一定程度，石油停止流动，这个最低点的温度值就是石油倾点。在使用自动空气加压法测量倾点时，对样品施加压力和释放压力时，会对样品产生扰动，这必然会导致测量结果的不精确。因此为了减小此种扰动对测量的影响，需要在施加压力和释放压力的过程中，尽量减少对石油液面的扰动，让液体上升和下降的过程比较平稳。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服石油倾点自动测量系统的不足，围绕系统的空气自动加压部分，根据石油倾点自动测量系统试样杯内液面的气体压力大小，采用开环控制和闭环控制相结合的方法，来实现对试样杯内气体输入或输出速度和液面扰动性的控制，以减少在增加压力和释放压力过程中产生的对样品液面的扰动，可以有效的提高测量效率和测量精度。

本发明采用的技术方案是石油倾点的自动空气加压控制方法，其特征是，该控制方法采用电压斜率的方式对电压幅值进行缓慢施加压力和释放压力以及快速施加压力和释放压力控制；利用开环控制和闭环控制相结合的方法，来实现对试样杯内气体输入或输出速度和液面扰动性的控制；控制方法的循环过程为：把样品预热到设定的温度→缓慢施加压力→快速施加压力→倾点测定→缓慢释放压力→快速释放压力→判断是否进行下一次循环测量；具体步骤如下：

准备：事先往试样杯里加好样品，把样品预热到预设温度，程序降温开始；

1)缓慢施加压力：压力控制器2接收到来自控制中心3的控制信号，压力控制器2输出电压经第一放大器4放大后，控制与外界大气压连通的第一电磁阀1关闭；第一节流阀5此时不起作用。第二电磁阀6的压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢施加压力的控制信号，根据电压斜率的控制方法，压力控制器2输出从0V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V逐渐减小模拟电压幅值，直到输出电压达到-2V；压力控制器2输出电压经第二放大器7放大后，控制第二电磁阀6打开，同时，根据电压大小来控制处于第二电磁阀和气压缸之间的第二节流阀8的开度逐渐减小，从而使通入试样杯9里边的气流速度减小，实现缓慢施加压力，减少气流对油样液面的扰动的目的；

2)快速施加压力：在施加压力的过程中，第一电磁阀1始终处于关闭的状态，与外界大气压隔绝。工作过程是第二电磁阀6的压力控制器2接收到控制中心3的快速施加压力的信号，压力控制器2输出从-2V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V的模拟电压，直到输出电压达到-5V，压力控制器2输出电压经第二放大器7放大后，控制第二节流阀8的开度增大，从而使流入试样杯9的气流速度增大，达到一个稳定加压的状态，实现对液面扰动不大而又高效快速测量的目的；

3)倾点测定：气压达到设定值，控制中心3接受到压力传感器11传来的停止加压的信号，第二电磁阀6关闭。试样杯内的压力保持稳定值。系统通液面上方的压力传感器11来判断是否检测到倾点值。如果检测到倾点，则结束测量，一次测量过程完成；若通过一次降温不可能得到倾点值，需要多次测量；如果没有检测到石油倾点，则继续下一步；

4)缓慢释放压力：第一电磁阀1的压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢释放压力信号，压力控制器2输出从0V开始按照斜率为每周期20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到电压等于2V，压力控制器2输出电压经第一放大器4放大后，控制第一电磁阀1打开，并且根据电压大小控制第一节流阀5开度减少，使试样杯9内的气体气流速度变慢，实现缓慢释放压力和减少对液面的扰动的目的。

5)快速释放压力：压力控制器2接收到来自控制中心3的快速释放压力的信号，压力控制器2输出从2V开始按照斜率为每20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到输出电压等于5V；压力控制器2输出电压经第一放大器4放大后，控制第一节流阀5开度增大，使试样杯9内的气体气流速度加快，可以快速的释放压力，实现对液面扰动较小而又高效快速测量的目的；一次测量结束之后，电压又回到0V，准备第二次测量。

本发明的有益效果是，石油倾点自动倾点测量系统的精度主要取决于压力的准确控制和压力信号的精确测量，压力控制器是核心控制元件，采用电压斜率的方式对电压幅值进行控制。本发明可以有效的解决石油倾点自动测量系统中空气自动加压控制精度不高的问题，克服石油倾点自动测量系统的不足，围绕系统的空气自动加压部分，根据石油倾点自动测量系统试样杯内液面的气体压力大小，采用开环控制和闭环控制相结合的方法，来实现对试样杯内气体输入或输出速度和液面扰动性的控制，以减少在增加压力和释放压力过程中产生的对样品液面的扰动，可以有效的提高测量效率和测量精度。

附图说明

图1是本发明的石油倾点的自动空气加压的测量系统原理图，其中：1第一电磁阀、2压力控制器、3控制中心、4第一放大器、5第一节流阀、6第二电磁阀、7第二放大器、8第二节流阀、9试样杯、10加压汽缸、11压力传感器、12试管、13样品、14温度计、15盖子

图2是本发明的自动空气加压控制过程和控制电压关系图，图中，a-缓慢加压过程、b-快速加压过程、c-倾点测量、d-缓慢减压过程、e-快速减压过程，表示自动空气加压过程中，压力控制器输出的电压信号，V-纵坐标,表示控制电压幅值，单位是V，T-横坐标表示测量时间，单位为s。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。在于利用自动空气加压法原理时，对于气体压力和速度的控制。在测量过程中，压力传感器实时检测试样杯里石油样品的压力信号，把检测到的信号传输给中央处理器处理，根据设定的压力值，确定施加压力和释放压力的速度，以减少气体对液面的扰动，减少测量误差。

控制系统由第一电磁阀1，压力控制器2，控制中心3，第一放大器4、第一节流阀5，第二电磁阀6，第二放大器7，第二节流阀8，试样杯9，加压气缸10，压力传感器11，试管12，样品13，温度计14，盖子15组成；上述各元件之间通过电气压管件实现连接，见附图1。系统控制信号分为两种，一种是电信号：电信号的传输的控制流程为：控制中心发出控制信号，进入压力控制器，该信号经过压力控制器的处理之后，传给第一、第二放大器4、7，放大器起到放大电信号的作用；另一种是气压控制信号：经过第一、第二放大器4、7放大器放大的电信号，分别控制第一、第二电磁阀1、6和第一、第二节流阀5、8两个气压元件，电磁阀的作用是控制气流的通断状态，起到气体开关的作用，节流阀的作用是通过放大器输出的电压信号大小控制阀口开度大小来调节气流速度和气流大小。

石油倾点的自动空气加压控制方法为：把石油样品倒入试样杯，启动加热装置，把样品加热到设定的预热温度值，现在开始程序自动降温。与此同时，自动空气加压系统开始工作，按照设定的测量间隔时间和预设压力值，压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢施加压力、快速施加压力、自动检测、缓慢释放压力、快速释放压力的控制信号，输出不同数值大小的电压，经过第一放大器4放大后控制第一电磁阀1的打开和关闭动作，并根据电压大小，控制第一节流阀5的开度，调整流量大小，控制气流速度；经过第二放大器7放大后控制第二电磁阀6的打开和关闭动作，并根据电压大小，控制第二节流阀8的开度，调整流量大小，控制气流速度；通过控制中心对控制信号的处理，经放大器输出放大后的电压以及电磁阀和节流阀的动作，实现对空气自动加压系统的自动化、精确化的控制。

下面结合图1和图2，详细说明石油倾点测量的自动空气加压控制方法：

1)当压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢施加压力开关量信号后，开始自动空气加压测量石油倾点，压力控制器2输出的电压经第一放大器4放大后，控制与外界大气压连通的第一电磁阀1关闭；第一节流阀5此时不动作。第二电磁阀6的压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢施加压力的控制信号，压力控制器2输出从0V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V逐渐减小模拟电压幅值，直到输出电压达到-2V，见图2的a段。该模拟电压经第二放大器7放大后，控制第二电磁阀6打开，同时，根据电压幅值大小来控制处于第二电磁阀和气压缸之间的第二节流阀8的阀口开度，从而使通入试样杯9里边的气流速度较小，实现缓慢施加压力，减少气流对油样液面的扰动的目的；在施加压力的过程中，第一电磁阀1始终处于关闭的状态，与外界大气压隔绝。

2)紧接着是快速施加压力，第二电磁阀6的压力控制器2接收到控制中心3的快速施加压力的信号，压力控制器2输出从-2V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V的模拟电压，直到输出电压达到-5V，并且经第二放大器7放大后，控制第二节流阀8的阀口开度增大，从而使流入试样杯9的气流速度增大，达到一个稳定加压的状态，此为快速加压过程，实现对液面扰动不大而又高效快速测量的目的；

3)控制中心3接受到压力传感器11传来的停止加压的信号，压力控制器的电压等于0V，见图中的C段，第二电磁阀6关闭。试样杯内的压力保持稳定值。此处利用了闭环控制原理，系统发出倾点测量信号，然后接受到液面上方的压力传感器11传来的反馈信号，来判断是否检测到倾点值。如果检测到倾点，则结束测量，若通过一次降温不可能得到倾点值，则需要多次测量；一次测量过程完成，如果没有检测到石油倾点，则继续下一步；

4)经过施加压力，倾点测量，接着就是释放压力，为循环自动空气加压测量做好准备。第一电磁阀1的压力控制器2接收到来自控制中心3的缓慢释放压力信号，压力控制器2输出从0V开始按照斜率为每周期20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到电压等于2V，见图中d段，该模拟电压经第一放大器4放大后，控制第一电磁阀1打开，并且根据电压大小控制第一节流阀5阀口开度减少，使试样杯9内的气体气流速度变慢，这样样品液面就会缓慢下降，实现缓慢释放压力和减少对液面的扰动的目的。

5)最后，快速释放压力：压力控制器2接收到来自控制中心3的快速释放压力的信号，压力控制器2输出从2V开始按照斜率为每20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到输出电压等于5V，见图中e段，该模拟电压经第一放大器4放大后，控制第一节流阀5开度增大，使试样杯9内的气体气流速度加快，可以快速的释放压力，实现对液面扰动较小而又高效快速测量的目的。一次测量结束之后，电压又回到0V，准备第二次测量。

在上述石油倾点自动检测方法中，压力控制器通过接收来自控制中心的压力信号，经第一、第二放大器4、7放大后使第一、第二电磁阀1、6和第一、第二节流阀5、8分别动作，并且通过电压幅值进行节流阀阀口开度的控制，在空气自动加压测量过程中，通过对加压气流的控制，减少了样品液面扰动对测量结果的影响，提高了测量效率和测量精度。

Claims (1)

1.一种石油倾点的自动空气加压控制方法，其特征是，该控制方法采用电压斜率的方式对电压幅值进行缓慢施加压力和释放压力以及快速施加压力和释放压力控制；利用开环控制和闭环控制相结合的方法，来实现对试样杯内气体输入或输出速度和液面扰动性的控制；控制方法的循环过程为：把样品预热到设定的温度→缓慢施加压力→快速施加压力→倾点测定→缓慢释放压力→快速释放压力→判断是否进行下一次循环测量；具体步骤如下：

准备：事先往试样杯里加好样品，把样品预热到预设温度，程序降温开始；

1)缓慢施加压力：当压力控制器(2)接收到来自控制中心(3)的缓慢施加压力开关量信号后，开始自动空气加压测量石油倾点，压力控制器(2)输出的电压经第一放大器(4)放大后，控制与外界大气压连通的第一电磁阀(1)关闭；第一节流阀(5)此时不动作；第二电磁阀(6)的压力控制器(2)接收到来自控制中心(3)的缓慢施加压力的控制信号；根据电压斜率的控制方法，压力控制器(2)输出从0V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V逐渐减小模拟电压幅值，直到输出电压达到-2V；该模拟电压经第二放大器(7)放大后，控制第二电磁阀(6)打开，同时，根据电压幅值大小来控制处于第二电磁阀和气压缸之间的第二节流阀(8)的阀口开度，从而使通入试样杯(9)里边的气流速度较小，实现缓慢施加压力，减少气流对油样液面的扰动的目的；

2)快速施加压力：在施加压力的过程中，第一电磁阀(1)始终处于关闭的状态，与外界大气压隔绝；工作过程是第二电磁阀(6)的压力控制器(2)接收到控制中心(3)的快速施加压力的信号，压力控制器(2)输出从-2V开始按照斜率为每周期20ms降低电压幅值0.5V的模拟电压，直到输出电压达到-5V，压力控制器(2)输出电压经第二放大器(7)放大后，控制第二节流阀(8)的开度增大，从而使流入试样杯(9)的气流速度增大，达到一个稳定加压的状态，实现对液面扰动不大而又高效快速测量的目的；

3)倾点测定：控制中心(3)接受到压力传感器(11)传来的停止加压的信号，压力控制器的电压等于0V，第二电磁阀(6)关闭；试样杯内的压力保持稳定值；此处利用了闭环控制原理，系统发出倾点测量信号，然后接受到液面上方的压力传感器(11)传来的反馈信号，来判断是否检测到倾点值；如果检测到倾点，则结束测量，一次测量过程完成；若通过一次降温不可能得到倾点值，需要多次测量；如果没有检测到石油倾点，则继续下一步；

4)缓慢释放压力：第一电磁阀(1)的压力控制器(2)接收到来自控制中心(3)的缓慢释放压力信号，压力控制器(2)输出从0V开始按照斜率为每周期20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到电压等于2V，压力控制器(2)输出电压经第一放大器(4)放大后，控制第一电磁阀(1)打开，并且根据电压大小控制第一节流阀(5)开度减少，使试样杯(9)内的气体气流速度变慢，实现缓慢释放压力和减少对液面的扰动的目的；

5)快速释放压力：压力控制器(2)接收到来自控制中心(3)的快速释放压力的信号，压力控制器(2)输出从2V开始按照斜率为每20ms增加电压幅值0.5V逐渐提高模拟电压，直到输出电压等于5V；压力控制器(2)输出电压经第一放大器(4)放大后，控制第一节流阀(5)开度增大，使试样杯(9)内的气体气流速度加快，可以快速的释放压力，实现对液面扰动较小而又高效快速测量的目的；一次测量结束之后，电压又回到0V，准备第二次测量。