CN108839975A - 储油罐罐底油泵性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种储油罐罐底油泵性能检测装置及方法。在发明中被检泵进口端的压力可自主调整，可模拟不同情况下进口端管道内的压力情况；油泵出口端的流量可自主调节，可模拟不同情况下管道内的流量情况；同时对油泵进口端调压泵和出口端调节阀控制，模拟所需的被检泵在不同环境下的工作情况，对油泵进行更全面的出厂检测。同时根据集散测控的原理将电路分为4个独立智能的测量模块电路，能实时测量被检泵运行时的相关数据和管道内的实时流量、压力情况，提高了检测的准确性和数据处理的效率。测试装置还可以通过实时监测被检油泵的三相电参数相关数据，预测、诊断被检油泵的性能情况。

Description

储油罐罐底油泵性能检测装置及方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种储油罐罐底油泵性能检测装置及方法。

背景技术

油泵作为一种重要的流体机械，广泛应用于机械行业，油泵的各项性能指标反应着油泵的输出能力，必须对油泵的输出性能进行检测，以测量其是否符合工业的需求。

随着科技的不断发展，油泵产品也在不断的升级换代，但是油泵性能的检测一直沿用古老而原始的检验方式，在这么多年的发展历程中基本没有变化，检测手段落后，检验工具和设备简陋，检测精度低；这种原始的检测方法不能同一时间检测被检油泵运行时的各种参数，导致油泵的各项参数并不能很好的匹配，带来检测上的误差；这种原始的检测方法不能控制进口端的压力情况和管道内的流量情况，不能模拟不同情况下被检油泵的环境；综上所述，这种旧的检测方法得到的结果可信度低，难以适应现代化工业生产的需求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种储油罐罐底油泵性能检测装置及方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明中的装置包括调压泵、手动阀、压力传感器、温度传感器、电机、转速测量电路、转矩测量电路、三相电参数测量电路、流量计和调节阀。

储油罐上部与手动阀的一端连接，手动阀的另一端连接调压泵的进口，调压泵的出口与被检油泵的进口连接，在调压泵的出口与被检油泵的进口之间的管路上设置有压力传感器和温度传感器。

被检油泵的出口与流量计的入口连接，被检油泵的出口与流量计的入口连接的管路上也设置有压力传感器和温度传感器，流量计的出口与调节阀的一端连接，调节阀的另一端与储油罐下部连接。

所述的被检油泵由电机驱动，所述的转速测量电路、转矩测量电路和三相电参数测量电路实时监测被检油泵的运行参数。

本发明中的检测方法，采用上述装置，具体是：

通过手动阀来控制成品油进入测试管道。调压泵调节被检泵进口端压力。两个温度传感器分别测量被检油泵进口端的温度和出口端的温度。两个压力传感器分别测量被检泵两端的流入压力值和流出压力值。由流出压力值得到被检泵扬程值，并得到扬程和流量之间的关系。

被检油泵由电机带动，将四个电阻应变片组成电桥电路安装在被检油泵的轴上，电机转动带来油泵轴的转动，引起电阻应变片的阻值变化，通过电桥输出的不同电压给第一单片机进行数据处理，得到所需要的转矩数值。

在电机带动被检油泵工作的同时，通过转速测量电路采集得到相关电压数据信息，并传输给第二单片机进行处理得出转速。

流量计将流量数据传给第二单片机，同时通过第二单片机控制调节阀开度，以此来控制管道内的流量。

三相电参数测量电路采集得到油泵的工作电压和电流参数，传给第三单片机进行数据处理并经计算得到功率和功率因数。

进口端的压力传感器测得进口端相应的电压值并通过AD转换模块把模拟量转化为数字量后传输给第四单片机进行处理和反馈。第四单片机把数字信号的控制量通过DA转换模块转化为模拟量，作用于调压泵，调节油泵输入端的压力，模拟不同输入状况油泵的性能，对油泵进行更全面的出厂检测。

本发明的有益效果：本发明运用集散测控的原理，将测量被检油泵所需参数分成4个独立智能模块电路来测量，极大地提升了测试系统的动态测量性能和测量效率，并能实时检测被检油泵的运行情况和管道内的流量情况，提高了检测的准确性和数据处理的效率。

附图说明

图1是储油罐罐底油泵性能检测装置图；

图2是储油罐罐底油泵性能检测流程图；

图3是储油罐罐底油泵性能检测单片机1模块电路；

图4是储油罐罐底油泵性能检测单片机2模块电路；

图5是储油罐罐底油泵性能检测单片机3模块电路；

图6是储油罐罐底油泵性能检测单片机4模块电路；

图7是485通讯电路。

具体实施方式：

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1所示，手动阀控制成品油进入油泵测试系统。一个压力传感器和调压泵组成进口压力调节模块，被检油泵输入端压力可以调整，模拟输入被检油泵不同情况下进口端的压力情况。两个温度传感器分布在被检油泵的进口端和出口端，实时检测管道内成品油的温度情况。电机带动被检油泵转动，转矩测量电路、转速测量电路、三相电测量电路工作，及时反映油泵运转时的各项相关参数，并预测、诊断被检油泵的性能情况。油泵出口端有另一个压力传感器，检测油泵出口端的压力情况。流量计存在于被检油泵输出端的下游管道，检测管道内的流量情况，并实时反映给单片机，单片机通过DA模块输出电流控制调节阀的开度，调节管道内的流量。

图2所示为本发明装置的流程图。单片机1模块电路中包含转矩测量电路和GPRS通讯电路，由转矩测量电路测得相关数据，然后单片机通过GPRS通讯电路传输给集中器。单片机2模块电路中包含压力传感器电路、温度传感器电路、流量测量电路和转速测量电路。压力传感器、温度传感器采集得到的数据经AD模块传给单片机2，流量计和转速测量电路直接将采集得到的数据传给单片机2，再由单片机2经过DA模块电路输出4～20mA的电流来控制调节阀的开度，从而调节控制管道内的流量情况。单片机3模块电路包含三相电测量电路。单片机4模块电路包含压力传感器电路、调压泵控制电路。由压力传感器P1输出电压信号并经过AD模块反馈给单片机4得到管道内的压力数据，再由单片机4经DA模块输出4～20mA的电流来控制调压泵的开度，从而调节控制进口端管道内的压力情况。

图3中为单片机1模块电路。1区域为电源电路，2区域为直流电桥测量电路，3区域为信号调理电路，4区域为GPRS通讯电路。1区域中MC1403芯片为稳压器，LM2902为四运算放大器，MC1403的1脚接+12V，3脚接地，2脚接电阻R7后接LM2902的5脚和3脚。LM2902的1脚和7脚一边接滑动变阻器VR1、电阻R9、电阻R8后接地，一边接电阻R10后接10脚和13脚。LM2902的2脚接6脚，4脚接电源VCC，11脚接地，14、12、8、9脚接一起。

2区域中R1、R2、R3、R4为四个电阻应变片，A点一边接LM2902的8脚，一边接R3后接B点，一边接R1后接D点，一边接电阻R37接电位器VR5，一边接电阻R5后接开关SW1、SW2、电阻R6后接C点。B点接R4后接C点，接电位器VR5后接D点。

3区域中AD624是一种适用于高速数据采集系统的精密仪表放大器。AD624的2脚接电阻R12后接D点，1脚接电阻R11后接B点，1、2脚间接一个电容C1。AD624的4脚接滑动变阻器VR2后接5脚，6脚接地，7脚接-12V，8脚接+12V后接滑动变阻器VR2，7、8脚间接电容C2和C3后接地。AD624的13、12、11脚分别接JP的2、4、6脚。AD624的10脚接9脚后接电阻R13，再分别接到电容C11和电阻R14。OP37的2脚接电容C11，3脚一边接电阻R14，一边接电容C10后接地，6脚接单片机的AD口。

4区域中A8500芯片ANT管脚接天线，通过SIM-DATA、SIM-CLK、SIM-DET、SIM-RESET管脚与SIM相连，通过RXD、TXD与单片机相连。

1区域中通过改变滑动变阻器VR1的值可以改变测量电桥的桥电压，最后输出稳压信号给测量电路。2区域中调电位器VR5使电桥平衡，每个应变片的灵敏系数均相等且为K，4个应变片的应变量分别为ε₁、ε₂、ε₃、ε₄，则最后的输出电压与被测应变片的关系为：

3中AD624具有高输入阻抗，能有效抑制信号源与传输网络阻抗不对称引起的误差。当排针1-2相连时，增益为100；当3-4相连时增益为200；当5-6相连时为500。应变信号经电阻应变片将电阻应变信号转换成电信号，然后经过电桥、信号放大、滤波电路将信号传输给单片机的AD模块进行数据处理。4中单片机通过软件程序经GPRS电路与集中器进行通讯，传输数据。

图4所示为单片机2模块电路。5区域为转速测量电路。6区域为温度测量电路。7区域为压力测量电路。8区域为流量调节电路。5区域中LM2907是转速/电压转换器，NE5534为单级运放。LM2907的1脚接直射式光电传感器，2脚接电容C5后接地。C4、电阻R15并联后一端接接地，一端接LM2907的3脚和4脚。LM2907的5脚和10脚接电阻R18，8脚接+5V，11脚一边接电阻R16后接GND、一边接电阻R17后接+5V。电阻R20一端接LM2907的5、10脚，一端接地。NE5534的2脚接电阻R18，3脚接电阻R19后接地，6脚接单片机的AD口。

6区域中RT1、RT2为热电阻PT1000，AD7798为ADC芯片。电阻R27一端接地，一端接电阻R26，电阻R26另一端接RT2，RT2另一端接RT1，RT1另一端接电阻R25，电阻R25另一端接电源VCC。AD7798的A1+管脚接在电阻R25和RT1之间；A1-、A2+管脚接在RT1和RT2之间；A2-管脚接在RT2和电阻R26之间；A3+管脚接在电阻R26和电阻R27之间；A3-管脚接地。AD7798的DIN、DOUT管脚接单片机的I/O口。

7区域中电阻R21一端接电源VCC，一端接AD7798的A1+管脚。电阻R23一端接AD7798的A1+管脚，一端接地。电阻R22一端接电源VCC，一端接AD7798的A1-管脚。电阻R24一端接地，一端接AD7798的A1-管脚。AD7798的DIN、DOUT管脚接单片机的I/O口。

8区域中AD421为数模转换器。AD421的Loop rtn、BOOST管脚接调节阀控制器；LATCH、CLOCK、DATA管脚与单片机相连。流量计的输出端口接单片机的I/O口。

直射式光电传感器得到的是频率信号，经过转速/电压转换器LM2907转换为电压信号，转换公式为：

U₁＝U_c·f·C₁·R₁

电压信号经过单级运放NE5534组成的射极跟随器电路，该电路放大系数为1，信号经过后内阻下降，功率放大，带负载能力加强，性能得到改善，最后传输给单片机AD模块进行处理。6区域中R25、R26、R27为高精度电阻，通过读取R27两端的电压值，可以得出整个支路的电流值，读取RT1、RT2两端的电压值，除以支路的电流值，就可以得出PT1000的电阻值，通过查PT1000分度表，就可以准确的得出工况下的温度。7区域中通过154N型压力传感器得出压力值，其关系可以写成式：

对于出厂的传感器，其系数均已标定完成，因此只需得到V_X，即可计算出相对应的P_X。8区域单片机从AK-LC椭圆齿轮流量计通过脉冲电路得到管道内的流量数据，通过AD421芯片来输出4～20mA的电流来控制调节阀的开度，可以根据检测的要求自主调节管道内的流量情况。单片机所有数据最后可通过485通讯电路与集中器进行传输。

图5所示为三相电参数测量电路。9区域为电流测量电路。10区域为电压测量电路。9区域中ACS712为电流传感器，TL082为双运算放大器。ACS712的1、2管脚接电流正向信号，3、4管脚接电流负向信号。电阻R29一端接ACS712的7管脚，一端接TL082的3管脚。电阻R32一端接TL082的1管脚，一端接电容C7后接地。电阻R33一端接TL082的5管脚，一端接电阻R32。TL082的2管脚接电阻R30，电阻R30接滑动变阻器VR3。滑动变阻器VR3一端接电阻R28后接电源VCC，一端接二极管D1后接地。电容C6，电阻R31并联后一端接TLO82的3管脚，一端接地。TL082的6管脚接滑动变阻器VR4后接电容C8后接地，接电阻R34后接地；TLO82的7管脚接单片机的AD口。

10区域中PT为变压器。电压信号接PT后接二极管D4、D7后接电阻R36、R37后接TL082的5管脚。电容C9并联接在电阻R37两端。TL082的6管脚接4.5V；7管脚接电阻R35后接单片机的AD口。

9区域中电流信号经过电流传感器ACS712输出的电压值保持在1.6V上下浮动，然后经过TL082双运算放大器使其输出在0-5V，并整流使其变成直流后介入单片机AD口。电压信号经KBK30J-D卡轨式隔离变压器(PT)将电压降低到0-5V，然后经三相不可控二极管整流，经过1M和10K的电阻分压，加在10K上的电压信号输入到TL082运放，最后输出的为一方波，传输给单片机的AD端口。三相电流和三相电压因其电路相同，所以只画了一个测量电路，实际电路中存在所有三相电检测电路。单片机所有数据最后可通过485通讯电路与集中器进行传输。

图6所示为调压泵控制电路。单片机与AD421芯片的LATCH、CLOCK、DATA三脚相连，AD421的LOOP RTN、BOOST端口连着调压泵控制器。单片机从压力测量电路得到管道内的压力数据，通过AD421芯片来输出4～20mA的电流来控制调压泵的开度，自主调节管道内的压力情况。

图7所示为485通讯电路。单片机的RXD、TXD和一个I/O端口接到芯片SP485的RO、DI和DE(/RE)的管脚，芯片剩余管脚接到变流器接口上，与PC机相连。

Claims (3)

1.储油罐罐底油泵性能检测装置，其特征在于：包括调压泵、手动阀、压力传感器、温度传感器、电机、转速测量电路、转矩测量电路、三相电参数测量电路、流量计和调节阀；

储油罐上部与手动阀的一端连接，手动阀的另一端连接调压泵的进口，调压泵的出口与被检油泵的进口连接，在调压泵的出口与被检油泵的进口之间的管路上设置有压力传感器和温度传感器；

被检油泵的出口与流量计的入口连接，被检油泵的出口与流量计的入口连接的管路上也设置有压力传感器和温度传感器，流量计的出口与调节阀的一端连接，调节阀的另一端与储油罐下部连接；

所述的被检油泵由电机驱动，所述的转速测量电路、转矩测量电路和三相电参数测量电路实时监测被检油泵的运行参数。

2.储油罐罐底油泵性能检测方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于：

通过手动阀来控制成品油进入测试管道；调压泵调节被检泵进口端压力；两个温度传感器分别测量被检油泵进口端的温度和出口端的温度；两个压力传感器分别测量被检泵两端的流入压力值和流出压力值；由流出压力值得到被检泵扬程值，并得到扬程和流量之间的关系；

被检油泵由电机带动，将四个电阻应变片组成电桥电路安装在被检油泵的轴上，电机转动带来油泵轴的转动，引起电阻应变片的阻值变化，通过电桥输出的不同电压给第一单片机进行数据处理，得到所需要的转矩数值；

在电机带动被检油泵工作的同时，通过转速测量电路采集得到相关电压数据信息，并传输给第二单片机进行处理得出转速；

流量计将流量数据传给第二单片机，同时通过第二单片机控制调节阀开度，以此来控制管道内的流量；

三相电参数测量电路采集得到油泵的工作电压和电流参数，传给第三单片机进行数据处理并经计算得到功率和功率因数；

进口端的压力传感器测得进口端相应的电压值并通过AD转换模块把模拟量转化为数字量后传输给第四单片机进行处理和反馈；第四单片机把数字信号的控制量通过DA转换模块转化为模拟量，作用于调压泵，调节油泵输入端的压力，模拟不同输入状况油泵的性能，对油泵进行更全面的出厂检测。

3.根据权利要求2所述的储油罐罐底油泵性能检测方法，其特征在于：所述的流量计选用AK-LC椭圆齿轮流量计。