低功耗無線溫度變送器應用效果探討

許化文 高春雨（大慶油田自動化儀表有限公司）

隨著中石油油氣生產物聯網項目的具體實施，大慶油田作為數字化油田重點建設單位，其油氣水井、間、站的數字化管理已經開始逐步實施。在井口、間、站安裝溫度變送器完成溫度測量節點數據的自動采集與遠程傳輸，是實現油田數字化管理的關鍵[1]。以往常規的溫度變送器功耗大，需要外接電源，工作時電纜裸露在外界環境中。安裝施工需要敷設電纜，動用氣焊、電焊，且安裝施工成本高，存在安全隱患。通過技術革新，提高了溫度變送器精度，改進了傳輸數據方式，改進了供電方式，解決了變送器耐低溫效果不好、高溫溫漂問題，提高了安裝、調試工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隱患，提升了產品質量，實現了節能降耗[2]。

1 功能原理

無線溫度變送器由電池、電源供電電路、單片機控制主電路MCU、數據采集傳輸電路、無線通迅電路、NFC 接口電路、放大電路、液晶顯示電路、PT100 溫度傳感器、殼體等組成。其工作原理是，溫度傳感器采集的溫度信號阻值的變化通過數據采集電路采集，放大電路把信號放大后通過MCU 電路進行處理，數據溫度通過無線通訊電路傳給組網的RTU供主控室操作人員記錄，也可就地顯示供巡檢人員記錄。無線溫度變送器工作原理見圖1。

圖1 無線溫度變送器工作原理

2 技術特點

2.1 智能補償，低功耗

該溫度變送器采用STM32 系列32 位單片機，該單片機具有能耗低、體積小、結構緊湊、抗干擾能力強等優點，且具有溫度補償功能；無線溫度變送器傳感器選用高精度、高穩定性的PT100 型號，通過可靠性高的放大電路及AD 采集模塊，將被測介質的溫度通過無線通訊模塊傳遞到RTU。精湛的封裝技術及完善的裝配工藝確保了無線溫度變送器的優異質量和最佳性能[3]。無線溫度變送器可以組成龐大的無線網絡，可以實現對所有監測點的溫度監測。整個監測系統具有極高的測量精度和抗干擾能力。

2.2 應用成本低，方便快捷

無線溫度變送器的超低功耗設計，延長鋰電池使用壽命，無需現場布線，采用能量型ER26500/3.6V/9 000 mAh 耐低溫鋰電池供電（連續工作時間3 a 以上），解決了現場布線問題，節省了以前施工布線所用材料的費用；采用插件式模塊化PCB板便于后期維護，維護成本更低；分體式傳感器可以隨時替換玻璃管溫度計而不必動火重新開孔施工作業，安全、環保、節能，節省了改造費用；抱箍式安裝方式可以按照現場安裝環境抱箍在附近管道上，不受安裝位置環境影響，安裝、維護方便快捷；殼體是鋁合金及ABS材料，結構緊湊，體積小巧，既保證了全密封設計，又保證了無線通信的順暢。外殼具有抗紫外線、抗高低溫、防水、防潮、防塵等特點。

2.3 環境適應強，適用范圍廣

無線溫度變送器采用耐高低傳感器，在結構上進行了重新設計，供電方式上采用了耐高低溫鋰電池供電，安裝方式上采用分體式安裝，經測試無線溫度變送器在-40～85 ℃，工作穩定，數據采集正常，使整個系統的運行條件得到了很大改善[4]，減少了系統故障，減少因高、低溫導致溫度變送器的損壞，延長了溫度變送器的使用壽命，完全能夠在低溫和高溫介質熱輻射的惡劣環境下運行，主要應用領域是針對野外或配套供電環境不便的場合，如輸油、輸氣、供暖等輸送能源管道場合進行溫度檢測[5]。適合油田老區改造，計量閥組間等無人值守集油輸送遠程監控環境等。使整個溫度監測系統的可靠性和穩定性得到了大幅提高。

2.4 無線通信，安裝、調試效率高

原有溫度變送器安裝時電纜裸露在外易損壞，改造時需要開孔動火，存在較大的安全隱患。原有溫度變送器安裝調試需要多人配合校線聯調，無線溫度變送器中無線、RFID 通訊功能解決了通訊電纜易損問題，同時還解決了后期安裝維護成本高，安裝、調試效率低的問題[6]。嵌入RFID電路及外部NFC，可以快速讀取設置地址等內容，一個人即可以操作，節省了大量的人工調試費；現場可通過RFID 通訊直接調試，可靠性高，抗干擾能力強，安裝、調試效率高。無線溫度變送器提高了調試工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隱患，提升產品質量。使整個系統的穩定性、安全性得到了大幅提高。

3 現場應用

該無線溫度變送器應用于大慶油田第三采油廠第二油礦700 臺、大慶油田第二采油廠1 340 臺，合計應用2 040 臺。無線溫度變送器產品優勢明顯，減少了施工布線，節省了人工、材料成本，安裝、調試效率高，后期維護簡便[7-11]。

1）有線溫度變送器年單臺能耗為0.48 W，單臺年耗電量4.2048kWh；年節約用電8577.792kWh。

2）每臺安裝可節約1 人次人員施工調試費，人員施工調試費700 元來計算，目前已安裝調試2 040臺，節約費用142.8萬元。

3）無線溫變無需施工布線，若布線每臺有線溫變均需約30 m 線纜，安裝無線溫度變送器節省材料費36.72萬元。

4）無線溫度變送器安裝施工方便，無需施工布線，單臺施工調試減少一人次，共減少施工調試2 040/臺×人次。

4 結論

該無線溫度變送器結構簡單，安裝、維護、調試方便，可靠性、穩定性高。安裝無需布線、模塊化、功耗低，安裝、維護成本低，節省了以往的人工安裝調試費用、材料費等費用。且節能降耗效果明顯，同時可以提高數字化油田數據信息管理水平?？梢灾苯犹娲胁ＡЧ軠囟扔?，無需停產作業，無需開孔布線，壓縮了施工周期，計量間無需停產，間接提升了產量，大大降低了勞動強度。