电磁流量计在注入液流量测量采集与数据分析中的应用

  油井清洗作为油井作业的一项重要工作，不但可以清除井筒管杆的结蜡及脏物，另一方面也不同程度影响油井产量，所以其注入液流量的监测就变得十分重要。本文旨在采用二维码扫描技术，将注入液流量生成二维码并在 LCD 进行显示，监测工人只需定时采用扫描枪对大量流量计进行扫描，并将采集数据存储至 PC，方便管理人员进行后期分析，在提高清洗检测技术的基础上，丰富油田管理技术体系。二维码扫描的注入液流量无线采集系统是建立在以51 系列单片机为硬件基础的二维码编码生成和扫描解码。即电磁流量计定时向二维码发送流量数据,二维码生成模块定时向西源电磁流量计发送采集指令，后者收到指令后发送流量数据。二维码生成模块生成 QR Code 码，带存储功能（1000 条）的便携式二维码扫描枪扫描、解码并存储 QR Code码 。主要研究单片机二维码程序的设计；数据采集集成电路的设计；上位机软件的编写。

2.1 二维码生成模块采集数据方式：

    电磁流量计定时向二维码发送流量数据（瞬时流量、累计流量、采集时间、流量计编号等）；

    二维码生成模块定时向电磁流量计发送采集指令，后者收到指令后发送流量数据。

2.2 二维码生成模块生成 QR Code码。

2.3 带存储功能（1000 条）的便携式二维码扫描枪扫描、解码并存储 QR Code码。

3 系统硬件实现方案

    流量数据二维码生成硬件设计方案

    CPU 通过串口读取流量数据，根据 QR code编码方式生成二维码并在 LCD 上显示。在过程中主要解决的是对采集数据的分析处理，并通过二维码编码算法处理，在彩屏上显示二维码图片。系统采用 STC12C60S2 单片机，是新一代 8051 单片机，操作指令代码*兼容传统 8051 单片机, 但速度速度比 8051 系列快

8-12 倍。内部集成 M AX810 复位电路,2 路 PW M ,8 路高速 10位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

    LCD 模块是通过不同液晶单元的供电来控制光线是否通过来达到显示目的。通电时液晶单元可以使光线通过。它的驱动方式有两种，一种是有驱动芯片通过总线与单片机总线连接。另一种是LCD 显示屏，它没有驱动电路，使用起来比较麻烦。常用的是带驱动模块的，使用总线便于与单片机连接，并且只要发送需要的显示数据到缓存中就能达到显示目的。

    单片机数据收集经过与西源电磁流量计通信，将所需的数据送到单片机处理。M AX232 芯片是美信（M AXIM）公司专为 RS-232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5v单电源供电。由于单片机的信号电平与 RS232 的标准不同，所以需要 M AX232 进行电平转换。

    PC 通过 USB 连接读取二维码扫描枪存储数据（读取后删除扫描枪内存），并存储至 SQL 数据库中，需要对流量分析时，通过时间参数或者西源电磁流量计编号参数调取流量数据值，进行单流量计或多流量计数据的对比 。

5 结论

    通过对二维码系统的设计，首先对单片机的开发平台做了详细的了解；其次是对二维码（QR Code）的结构及特点进行了阐述；后在单片机开发平台上对二维码的编码过程进行了设计。从中我们了解到了单片机系统以及二维码技术的相关知识，并且认识到了利用单片机平台来设计二维码的生成过程。在实际应用中，方便了大庆油田注入液流量数据监测管理人员进行后期分析，在提高清洗检测技术的基上，丰富了油田管理技术体系。

 电磁流量计能否正常运行，除质量问题外与选型和安装有很大关系。电磁流量计可测量电导率大于10-5_10-e(姆欧厘米)一1的液体。一般井水和河水的电导率都在10-4 (欧姆厘米)左右。我厂的生产用水约是1.2、10_1(欧姆厘米)，生活用水是4.16x 1j)-4左右。电磁流量计不能用来测量混有铁磁性物质的液体，以免造成测量误差。因为仪表的大工作压力是16公斤力/厘米27若被测介质压力过大，发送器可能产生渗漏。常用流量一般选择在仪表测量范围的50%左右。流速一般选择在2一4米/秒。

    安装时应注意，因发送器输出信号仅为几个毫伏，安装地点应远离用电设备(如变压器、电机及电缆)，避免强电场干扰，应装在便于维修及震动小的地方，尽量避免与腐蚀性气休和液体接触;可水平或垂直安装，导管内必须充满液体，否则将造成很大的误差;发送器前应有5倍于管径长的直管段，检修时不致影响用水，应设置旁路伐;应根据厂家配套使用，不得任意拉配，否则会产生误差，这与其它仪表的使用不同，发送器与转换器之间距离应在15米之内，联接电缆应穿管屏蔽，电源、激磁、信号电缆应分别穿管;发送器应有良好的单独接地。仪表应有遮雨设施，排水良好，不能受水浸渍。

    仪表安装时或使用一段时间之后，应对接地电阻进行测定，可用接地电阻测试仪来测。发送器各极对地(壳)电阻值用500伏兆欧表来测。信号极对地(发送器内壁干燥时)应大于100兆欧姆，激磁极对地应大于10。兆欧姆。我厂目前是使用电磁流模拟信号发生器来检查转换器的工作情况，但不能用它来标定流量是否准确。电磁流量计信号比较微弱，干扰电压过大，可能使仪表无法工作。故用干扰电压测试仪测量，根据测得数值调整仪表，使干扰电压达到小。

    电磁流量计的优点是发送器结构简单，对液体适应性强，凡具有一定导电能力的液体均可测量，规格齐全，目前中25--1200毫米者均有产品;量程比(大流量/小流量)较大，一般可达几十，我厂使用中量程比为5 -25，压力损失小，反映迅速，流量信号可远距离传送，仪表输出0一10毫安信号可与电动单元表组合使用。}i'量准确，不会发生堵塞。缺点是抗*力较差，安装要求较高，转换器过电压承受能力较差，元件较易损坏，由于发送器绝缘衬里材质限制，不能测量温度高于600C的介质，发送器与转换器配套严格，互换性差，一旦其中之一损坏后，只能整套拆换，仪表价格较高。

    通过几个月的试运行，电磁流量计运行的情况墓本是好的。在能源管理上做到心中有数，方便企业管理，促进车间节约用水，车间装表后用水量都下降三分之一到三分之二。电磁流量计发送器是一直管，内无突出的测量元件，至目前为止还未发生过堵塞现象，减小了维护工作量。由于生产用水负荷变化大，要求大流量和小流量时都能准确计量。有时量程比达25，仪表计量也正确，而节流装置的量程比一般仅为3左右。整套仪表在出厂前已经过严格调整，实流标定，只要安装合理，接K正确，不经任何调整一般也能投入运行。总的来说发送器维护工作量较少，转换器一般无需时时照管，但转换器是用晶体管元件组装，个别元件选用不太合理，往往造成击穿而使仪表无法工作。

    电磁流量计在我厂是初次使用，对它还了解不够，使用中存在不少问题，需要进一步改进和解决，但作为水计量是可行的。

 电磁流量计自五十年代实现工业生产以后，已开始应用于工业生产。我国自1957年开始研制，目前已能生产小25-1200毫米的各种口径的电磁流量计。随着工业生产的发展，能源管理的加强，电磁流量计逐渐引起了人们的注意。

    工矿企业用水量较大，耗能较多，过去往往都无计量。当前在加强能源管理工作中，对水计量提出了明确的要求。我厂抽取滇池水作为生产用水，月耗水量约40万方左右。因水质较差，泥沙、贝壳、杂草、死鱼烂虾往往也随之抽上来。过去曾安装过旋翼式水表进行计量，但安装不久就被堵塞而无法使用，水的计量便成了老大难问题。1981年用电磁流量计进行生产用水计量的试验，取得了一定效果。